Курсовая теория на тему Теория равновесного состояния

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 2
1. ТЕОРИЯ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ 3
1.1 Термодинамика. Цели, задачи, основные понятия 3
1.2 Равновесное состояние 8
1.3 Принципы равновесия Гиббса 10
1.4 Классификация видов равновесия 12
1.4.1 Стабильное равновесие 14
1.4.2 Метастабильное равновесие 15
1.5 Фазовое и химическое равновесие 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 26

Введение:

Для исследования химических явлений, которые необходимо изучить в количественном плане применяют физическую химию. Внедрение физико-химических идей и представлений в химию заложили в ней подлинную количественную и теоретическую основу. Благодаря этому было совершено ряд открытий и научных прорывов в различных областях химической науки: органическая, неорганическая, биохимия, без которых не смогла бы обойтись химическая технология и медицина, по уровню развития которых определяется прогрессивное развитие цивилизованного мира.
На сегодняшний день не найдется ни одной науки или естественно – научной дисциплины, которая не использовала бы физико-химический анализ, в собственных исследованиях и разработках.
Праотцом физической химии был М.В. Ломоносов, которой первым определил эту науку и терминологию (1752 год), с его слов физическая химия: «объясняет физическую причину на основе физических опытов тех явлений, которые протекают сложном теле посредством химического процесса». Но, увы то, как видел эту науку Ломоносов, было очень непонятно для науки того времени, он ее опередил. Должен был пройти целый век, чтобы научная среда приняла такой сложный научный синтез, физики и химии, которая выражалась как физическая химия, как отдельная фундаментальная наука. Официально признали физическую химию как науку и учебную дисциплину в 1887 году в стенах Лейпцигского университета на кафедре физической химии, под руководством Оствальда. Кроме того он был издателем научного журнала «Zeitschrift fur Physikalische Chemie» раскрывающего вопросы физической химии, журнал издается и в наши дни.[7]

Заключение:

Современному этапу развития физической химии присущи углубленный анализ общих закономерностей химических превращений на молекулярном уровне, широкое использование математического моделирования, расширение диапазона внешних воздействий на химическую систему (высокая и криогенная температура, высокое давление, сильное радиационное и магнитное воздействие), изучение сверхбыстрых процессов, способов накопления энергии в веществах.
Поэтому основной общей задачей физической химии является прогнозирование протекания во времени химического процесса и его конечного результата (состояния равновесия) в различных условиях на основании данных о строении и свойствах молекул, участвующих в процессе.[12]
При решении основных задач физическая химия пользуется следующими теоретическими методами физики:
1. Термодинамический метод – применяется для исследования направленности процессов, законов химических и фазовых равновесий. Метод позволяет количественно связывать различные свойства и рассчитывать одни из этих свойств на основании опытных величин других свойств.
2. Метод статистической физики – дает возможность рассчитать свойства макроскопических тел, исходя из свойств частиц, образующих эти тела.
3. Квантово-механический метод – устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.
Основными направлениями химической термодинамики являются:
Классическая химическая термодинамика, изучающая термодинамическое равновесие вообще.
Термохимия, изучающая тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции.
Теория растворов, моделирующая термодинамические свойства вещества исходя из представлений о молекулярном строении и данных о межмолекулярном взаимодействии.
Химическая термодинамика тесно соприкасается с такими разделами химии, как
• аналитическая химия;
• электрохимия;
• коллоидная химия;
• адсорбция и хроматография.

Фрагмент текста работы:

1. ТЕОРИЯ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ
1.1 Термодинамика. Цели, задачи, основные понятия

Химическая термодинамика является разделом физической химии, который направлен на изучение макроскопических химических систем и процессов, в основе которых лежат общие законы о взаимопревращении теплоты, различных видов работы и энергии.
Химическая термодинамика преследует ряд целей:[12]
1. разработать наиболее рациональные методы расчета теплового баланса в ходе химического и физико-химического процессов;
2. раскрыть закономерности, которые происходят в процессе равновесия;
3. определить наиболее оптимальные условия при осуществлении процессов возможных в термодинамическом плане;
4. выяснить возможность существования условий, которые будут способствовать минимизации побочных процессов;
5. определить в индивидуальном веществе наличие термодинамической устойчивости.
Для достижения поставленных целей химическая термодинамика решает следующие задачи:
1. изучение основных термодинамических законов и особенностей их применения для описания химического процесса и явления, который протекает в многокомпонентной системе;
2. изучение и объяснение закономерностей, для определения направленности химического процесса;
3. рассмотрение основных методов исследования в экспериментальном и теоретическом аспектах химического и фазового равновесия многокомпонентной системы, при оптимальных условиях в которых протекают процессы направленные на максимальный выход продукта;
4. изучение термодинамических методов в рамках химической технологии.[6]
Термодинамическая система является совокупностью тел, способных к взаимодействию друг с другом на энергетическом уровне, обмениваясь с ними веществами. Поэтому с точки зрения термодинамики окружающую среду можно разделить пополам: в одной части система, которой может выступать любой материальный объект, который исследуют и вторая часть – окружающая среда. Окружающая среда отделена от системы посредством граничной (контрольной) поверхности, которая может быть как реальна, так и вымышлена. Термодинамическую систему всегда можно представить как макроскопическую единицу, находящуюся в термодинамическом равновесии (поскольку система имеет постоянные временные параметры, при этом отсутствуют стационарные потоки, по причине воздействия какого – либо внешнего источника).
Классификация систем по типу взаимодействия с внешней средой (иными словами пропускная способность граничной поверхности) либо другой системой:
а) изолированная система, которая не обменивается энергией и веществом;
б) закрытая система, которая не обменивается веществом, но обменивается энергией;
в) открытая система, которая может обмениваться как веществом, так и энергией.
Чтобы указать способ применяется при обмене энергией и веществом введено понятие тепловой (термический), механический и диффузионный контакты: к примеру, у открытой системы имеется диффузионный контакт с окружающей средой, тогда как изолированная система не может иметь никаких контактов.
Свойство систем напрямую зависит от свойства внешне среды, последние в свою очередь зависимы от имеющихся свойств граничных поверхностей. Причем в данном случае внешнюю среду используют как источник или поглотитель энергии и вещества, имеющего неограниченную емкость.