Второй закон термодинамики и направленность физико – химических процессов

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Физическая химия в принтмедиаиндустрии»

Тема работы: Рассчитать изменение энтропии вещества «А» в заданном интервале температур

 

Студент: А. Халмоминов

Курс 2 группа 1

 

Дата сдачи законченного проекта на кафедру:

«»2017г.

 

Руководитель И.Г. Рекус

«___»_____________2017г.

 

 

Москва 2017

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ……………………………………………………………………...3

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………4

1. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И НАПРАВЛЕННОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ……………………………………………………..5

2. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ В РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССАХ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭНТРОПИИ………………….6

3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ВТОРОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ……………………………………………………………………...8

4. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ В ЗАДАННОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЗАВИСИМОСТИ ЭНТРОПИИ ОТ 0К ДО Т₂………………………………………………………………………...9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..….11

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………...…12

РЕФЕРАТ

Данная курсовая работа, выполненная на тему: «Расчета изменения энтропии вещества «А» в заданном интервале температур». Курсовая работа разделена на четыре раздела. Также в курсовую работу входит введение, заключение и список используемых источников.

В курсовой работе содержится 12 печатных листов, 1 таблица, 7 формул

Ключевые слова: КИСЛОТА, ЭНТРОПИЯ, МОЛЯРНАЯ МАССА, ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ, ТЕПЛОТА ИСПАРЕНИЯ, ТЕРМОДИНАМИКА, ПРОЦЕССЫ, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ.

 

ВВЕДЕНИЕ

Химические реакции неразрывно связаны с разнообразными физическими процессами, например, с поглощением или выделением тепла, появлением электрического тока, изменением объема, излу­чением или поглощением света. Физическая химия возникла на гра­нице двух важнейших наук - физики и химии. Основоположником физической химии как самостоятельной науки является М.В. Ломоносов (1711 - 1765 гг.), выдающийся рос­сийский ученый - энциклопедист.

Физическая химия - экспериментальная наука, раскрывающая физические причины химических процессов. Она основывается на применении методов квантовой химии, термодинамики и химиче­ской кинетики. Коллоидная химия - обширная самостоятельная наука, выде­лившаяся из физической химии (1861 г. считается годом ее основа­ния). В природе и технике очень распространены дисперсные сис­темы, обладающие высокоразвитой поверхностью (это поликристаллические, волокнистые, слоистые, пористые, сыпучие вещества, пленки, нити, капилляры, совокупности мелких частиц в среде мо­лекулярных размеров). Особые свойства таких систем изучает кол­лоидная химия - наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Физическая и коллоидная химия - теоретический фундамент современной химической науки, необходимый для понимания сущности процессов, идущих в различных системах. Эти знания необходимы и в изу­чении последующих специальных курсов, для будущей деятельно­сти специалиста широкого профиля.

РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ В РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССАХ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭНТРОПИИ

Чтобы определить, может происходить процесс в изолированной системе или нет, нужно вычислить для него ΔS. Если ΔS > 0, то процесс самопроизвольный [2].

Стандартные (при Р=1атм и Т =298К) энтропии для многих веществ вычислены и табулированы, их можно найти в справочниках. В качестве иллюстрации в таблице 2.1. приведены значения для некоторых веществ.

Таблица 2.1

РЕШЕНИЕ

Весь процесс охлаждения можно разделить на несколько стадий:

4) процесс испарения при Т_исп = 461,71К;

3) охлаждение 15 кг жидкого С₂Н₃ClО₂ от 461,71К до Т_пл = 335,45К;

2) плавление вещества при Т_пл= 335,45К;

1) охлаждение 15 кг твердого С₂Н₃ClО₂ от Т_пл = 335,45К до Т₂= 313К;

Соответственно этому:

ΔS=Δ4+ Δ3+ Δ2+ Δ1 Дж/К; (4.1)

Рассчитаем ΔS для каждой стадии, Дж/К:

Исходя из этого:

ΔS = Δ4+ Δ3+ Δ2+ Δ1= 4,228·10³+42,352·10³+9,181·10³+1,004·10³= 56,765·10³ Дж/К.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная курсовая работа выполнена по дисциплине: «Физическая химия в принтмедиаиндустрии», на тему: «Расчет изменения энтропии вещества «А» в заданном интервале температур».

В данной курсовой работе была показана зависимость энтропии от изменения температуры: с увеличением температуры, энтропия увеличивается. Также было рассчитано изменение энтропии вещества в заданном интервале температур. В качестве исследуемого вещества использовался С₂Н₃ClО₂ (хлоруксусная кислота). Было выявлено, что именно процесс испарения вносит наибольший вклад в изменение энтропии.

Помимо расчетного задания, в курсовой работе были рассмотрены вопросы, подлежащие разработке, а именно: второй закон термодинамики и направленность физико-химических процессов; расчет изменения энтропии вещества в различных процессах. Определение абсолютного значения энтропии; статистический характер второго закона термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность.

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Физическая химия в принтмедиаиндустрии»

Тема работы: Рассчитать изменение энтропии вещества «А» в заданном интервале температур

 

Студент: А. Халмоминов

Курс 2 группа 1

 

Дата сдачи законченного проекта на кафедру:

«»2017г.

 

Руководитель И.Г. Рекус

«___»_____________2017г.

 

 

Москва 2017

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ……………………………………………………………………...3

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………4

1. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И НАПРАВЛЕННОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ……………………………………………………..5

2. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ В РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССАХ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭНТРОПИИ………………….6

3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ВТОРОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ……………………………………………………………………...8

4. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ В ЗАДАННОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЗАВИСИМОСТИ ЭНТРОПИИ ОТ 0К ДО Т₂………………………………………………………………………...9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..….11

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………...…12

РЕФЕРАТ

Данная курсовая работа, выполненная на тему: «Расчета изменения энтропии вещества «А» в заданном интервале температур». Курсовая работа разделена на четыре раздела. Также в курсовую работу входит введение, заключение и список используемых источников.

В курсовой работе содержится 12 печатных листов, 1 таблица, 7 формул

Ключевые слова: КИСЛОТА, ЭНТРОПИЯ, МОЛЯРНАЯ МАССА, ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ, ТЕПЛОТА ИСПАРЕНИЯ, ТЕРМОДИНАМИКА, ПРОЦЕССЫ, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ.

 

ВВЕДЕНИЕ

Химические реакции неразрывно связаны с разнообразными физическими процессами, например, с поглощением или выделением тепла, появлением электрического тока, изменением объема, излу­чением или поглощением света. Физическая химия возникла на гра­нице двух важнейших наук - физики и химии. Основоположником физической химии как самостоятельной науки является М.В. Ломоносов (1711 - 1765 гг.), выдающийся рос­сийский ученый - энциклопедист.

Физическая химия - экспериментальная наука, раскрывающая физические причины химических процессов. Она основывается на применении методов квантовой химии, термодинамики и химиче­ской кинетики. Коллоидная химия - обширная самостоятельная наука, выде­лившаяся из физической химии (1861 г. считается годом ее основа­ния). В природе и технике очень распространены дисперсные сис­темы, обладающие высокоразвитой поверхностью (это поликристаллические, волокнистые, слоистые, пористые, сыпучие вещества, пленки, нити, капилляры, совокупности мелких частиц в среде мо­лекулярных размеров). Особые свойства таких систем изучает кол­лоидная химия - наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Физическая и коллоидная химия - теоретический фундамент современной химической науки, необходимый для понимания сущности процессов, идущих в различных системах. Эти знания необходимы и в изу­чении последующих специальных курсов, для будущей деятельно­сти специалиста широкого профиля.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И НАПРАВЛЕННОСТЬ ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Этот закон ТД предсказывает возможность протекания различных процессов, а также их направление. Кроме того, второй закон ТД формулирует те условия, при которых превращение какого-либо запаса тепловой энергии в полезную работу будет происходить наиболее полно [1].

Формулировки второго закона ТД:

1) Единственным результатом любой совокупности процессов не может быть переход энергии в форме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому (формулировка Клаузиуса).

2) Различные виды энергии стремятся переходить в теплоту, а теплота, в свою очередь, стремится рассеяться, т.е. распределиться между всеми телами наиболее равномерным образом (формулировка Томпсона).

Эта формулировка отражает опытный факт: спонтанное изменение идёт по тому направлению, которое приводит к большему рассеиванию общей энергии. Поэтому 2–ой закон ТД иногда называют законом рассеяния или деградации тепловой энергии [1].

Величиной, характеризующей рассеивание энергии при переходе системы из одного состояния в другое, является энтропия S — мера беспорядка системы, ее хаотичности.

Энтропия — основная величина, характеризующая направление самопроизвольных процессов. Действительно, сами по себе, с увеличением беспорядка, смешиваются газы, энергия в форме теплоты переходит от нагретого тела к холодному. Для процессов переноса энергии от системы к системе можно записать:

ΔS ≥ Q/Т, (1.1)

 

 

Где:

S — функция состояния системы (ее изменение не зависит от пути процесса, а определяется только конечным и начальным состояниями системы.

Уравнение (1.1) является математическим выражением второго закона термодинамики.

Для изолированной системы Q = 0 и ΔS > 0. Следовательно, при протекании в изолированной системе самопроизвольного процесса ее энтропия возрастает (ΔS > 0) и стремится к максимуму в состоянии равновесия. Отсюда вытекает объединенная формулировка первого и второго законов термодинамики, данная Р. Клаузиусом (1822 – 1888): энергия мира постоянна; энтропия мира стремится к максимуму [2].

Таким образом, энтропия является критерием самопроизвольности процессов, протекающих в изолированной системе.