Курсовая теория на тему Основные законы химической термодинамики и их применение в экобиозащитных технологиях

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 2
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ 4
1.1. Понятие химической термодинамики и термодинамических функций 4
1.2. Основные термодинамические законы 10
ГЛАВА 2. ЭКОБИОЗАЩИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕРМОДИНАМИКА 15
2.1. Взаимосвязь между термодинамическими функциями состояния и константой химического равновесия 15
2.2. Примеры использования термодинамических законов в экобиозащитных технологиях 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 25

Введение:

Вредные факторы технических систем, технологических и производственных процессов различных объектов экономики неблагоприятно влияют не только на работающих, но и на окружающую среду современных городов.
Активной формой защиты окружающей среды населенных мест от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства — к биологическим методам борьбы с сорняками и вредителями.
Если совершенствованием технических систем не удается обеспечить предельно допустимые воздействия на человека в зоне его пребывания, то необходимо применять экобио- защитную технику (пылеуловители, водоочистные устройства, экраны и др.).
Для обеспечения экологической безопасности технических систем и технологий используется экобиозащитная техника – средства защиты человека и природной среды от опасных и вредных факторов.
Защита атмосферы от вредных веществ производится с помощью очистки производственных воздушных выбросов от пыли (сухими и мокрыми методами), тумана электрофильтрами и фильтрами из различных материалов), вредных газов (в адсорберах с химиопрепаратами и без них) и паров (конденсации).
Защита гидросферы осуществляется с помощью очистки сточных вод от загрязняющих их примесей с извлечением из сточных вод всех ценных веществ и их переработкой, или разрушением вредных веществ окислением или восстановлением, а затем удалением их в виде газов и осадков. Для реализации указанных методов используются очистные сооружения, через которые должны пропускаться все сточные воды промышленных предприятий и городской канализации.
Для защиты человека в условиях производства, а также при взаимодействии с техническими средствами вне производства применяются разнообразные средства, не допускающие или снижающие до допустимого уровня воздействие опасных и вредных факторов.
В частности, электрические установки должны иметь защитное заземление – соединение корпуса установки с проводником, находящимся под нулевым потенциалом «земли». При этом применяются зануление электроустановок (электрическое соединение с глухозаземленной нейтралью источника тока металлических частей, которые могут оказаться под напряжением) или защитное отключение (быстродействующая защита производит автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током).
Для защиты от вредных веществ на рабочем месте (например, при пайке, работе с клеями, красками, лазерной обработке материалов) применяется местная вытяжная вентиляция.
Оградительные устройства служат для ограждения движущихся частей машин, мест вылета частиц обрабатываемого материала, зон воздействия высоких температур и вредных излучений.
Вибродемпферы (автомобильные и вагонные рессоры), виброизоляторы (резинометаллические амортизаторы, стальные пружины и др.) предохраняют человека от вредного воздействия вибрации при низкочастотной вибрации, а прокладки из губчатой резины – при высокочастотной вибрации.
Звукоизоляцию повышают сплошные панели из вибродемпфированного материала, наклеиваемые изнутри на корпус источника шума.
Таким образом, цель нашего исследования является изучение основных законов химической термодинамики и их применение в экобиозащитных технологиях. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Дать определение химической термодинамики и термодинамических функций;
2. Привести формулировки основных термодинамических законов;
3. Рассмотреть взаимосвязь между термодинамическими функциями состояния и константой химического равновесия;
4. Привести примеры использования термодинамических законов в экобиозащитных технологиях.
Объект исследования – химическая термодинамика, предмет – основные законы химической термодинамики и их применение в экобиозащитных технологиях.

Заключение:

Энергетические процессы в экосистемах подчиняются первому и второму законам термодинамики. В соответствии с ними, энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую (первый закон термодинамики — закон сохранения энергии). При этом часть энергии рассеивается в виде тепла. Мерой необратимого рассеивания энергии является энтропия (S) (второй закон термодинамики). В соответствии со вторым законом термодинамики, самопроизвольно протекают процессы, в результате которых энтропия системы увеличивается, т. е. AS > 0.
Биологическое обновление характерно для живых организмов. Или, с точки зрения теории систем, динамическое состояние (состояние в любой момент времени) живой системы характеризуется тем, что элементы системы разрушаются и перестраиваются. Для этого процесса биологического обновления живая система требует притока веществ и энергии извне, а также способности удалять продукты распада и тепла во внешнюю среду. Исходя из этой потребности, живая система должна быть открытой системой. Из-за свойства открытости живая система также должна быть способной поддерживать свою целостность. Целостность живой системы достигается благодаря постоянству процесса биологического обновления. Постоянство процесса разрушения и восстановления создает и поддерживает физический и химический дисбаланс. Следовательно, из-за своего свойства открытости живая система характеризуется постоянством своего неравновесного состояния. Любое отклонение от этого постоянства неравновесного состояния, то есть прекращение процесса биологического обновления, приведет к разрушению живой системы и ее смерти.
При рассмотрении курсовой работы мы пришли к выводу, что термодинамика окружающей среды является одной из областей иерархической термодинамики. Применение методов равновесной (квазиравновесной) термодинамики к изучению экологических систем, а также других иерархических живых структур связано с разделением характерных времен процессов, происходящих в живом мире. Он предназначен для решения многих экологических проблем.
Термодинамика изучает законы теплового движения в равновесных системах и при переходе систем в равновесное состояние (классическое или равновесное, термодинамическое), а также обобщает эти законы на неравновесные системы, равновесную термодинамику или термодинамику необратимых процессов.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
1.1. Понятие химической термодинамики и термодинамических функций
Химическая термодинамика – раздел физической химии, изучающий макроскопические химические системы и процессы на основе общих законов взаимопревращения теплоты, различных видов работы и энергии. Содержание настоящего курса заключается в исследовании закономерностей теплового движения в равновесных системах и при переходе систем в равновесное состояние. При этом возможны два метода исследования – термодинамический и статистический. Первый, термодинамический, не учитывает конкретную природу веществ, квантование энергии, не опирается ни на какие модельные представления об атомно-молекулярной структуре веществ, т. е. является феноменологическим методом, устанавливающим связи между непосредственно наблюдаемыми величинами. Второй, статистический метод, основанный на учете строения вещества и квантовых эффектов, позволяет описать макроскопическое поведение системы на основе анализа процессов, происходящих на микроскопическом уровне. Этот метод составляет предмет статистической термодинамики [12].
Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом, химическом и тепловом взаимодействиях друг с другом и с окружающими систему внешними телами (окружающей средой). Выбор системы произволен и диктуется условиями решаемой задачи. Тела, не входящие в систему, называются окружающей средой. Систему отделяют от окружающей среды контрольной поверхностью (оболочкой). Система, не обменивающаяся ни энергией (т. е. теплотой, работой), ни массой с внешними телами, называется замкнутой. Если система не обменивается с окружающей средой только массой и теплотой, т. е. может обмениваться только работой, то она называется адиабатически изолированной.
В отличие от технической, в химической термодинамике рассматривают системы с постоянным и с переменным числом частиц данного сорта (например, в результате химической реакции или фазового перехода).
В химической термодинамике обычно приходится иметь дело с термодинамическими системами, состоящими из нескольких индивидуальных веществ, или, как говорят, компонентов, находящихся в раз личных фазовых состояниях. В разных источниках даются различные определения фазы. Наверное, проще всего для понимания определение, приведенное в [1]: фаза является однородной частью неоднородной системы, которая может быть извлечена из системы каким-либо механическим способом. Из него следует, что в любой системе может быть только одна газовая фаза. Необходимо понимать разницу между фазой и агрегатным состоянием. Агрегатных состояний может быть только три (твердое, жидкое и газообразное), а фаз может быть несколько даже для чистого вещества (например, графит, алмаз, аморфный углерод). Базаров И.П. определяет фазу как гомогенную часть гетерогенной системы, отделенную от других частей поверхностью раздела, на которой скачком изменяются какие-либо свойства и соответствующие им параметры. Пригожин А.И. и Дефэй пишут еще проще: фазой является область пространства, однородная на всем своем протяжении.
Система, состоящая из одной фазы, называется гомогенной. Она может состоять из одного или нескольких химически индивидуальных веществ, например, смесь газов, растворы и т.д. Система, состоящая из двух и более фаз, называется гетерогенной, например, влажный пар, смесь аморфного углерода с графитом и т.д.
Компонентами будем считать химически индивидуальные вещества, т. е. состоящие из одинаковых молекул [10].
Смесь двух или более компонентов, находящихся в одной фазе, называется раствором. Для газов понятие «смесь» и «раствор» синонимы, поскольку все газы составляют одну фазу. Поэтому в технической термодинамике используют понятие «смесь газов». Но механическая смесь, например, твердых углерода и железа и раствор углерода в железе (сталь) — разные вещи.
Раствор представляет собой гомогенную систему — твердую, жидкую или газообразную, состоящую не менее чем из двух индивидуальных веществ. С точки зрения термодинамики понятия «растворитель» и «растворимое вещество» — условны. На практике обычно растворителем называют жидкость (если растворимые вещества не жидкие) или вещество, которого больше в растворе. Растворителю присваивается индекс 1, растворимому веществу — 2 (если оно одно).
Рассмотрим особенности термодинамических систем. Под ними принято понимать физические макроскопические формы, состоящие из значительного количества частиц, которые не предполагают использования для описания макроскопических показателей каждой отдельной частицы.