Fizička hemija

• Hemijska termodinamika


  Proučava: Pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi, Energetske efekte koji prate fizičke, hemijske ili biološke procese, Mogućnosti, smer i ograničenja odigravanja spontanih procesa
• Hemijska termodinamika bazira se na

  • I zakon termodinamike
  • II zakon termodinamike
  • III zakon termodinamike
• Promena entropije (ΔS)


  U reverzibilnim procesima je odnos između količine toplote koju sistem pri reverzibilnom i izotermnom procesu razmeni sa okolinom i temperature sistema
• Proučavanja u hemijskoj termodinamici

  1. Merenja fizičkih veličina: temperature, pritiska, zapremine, mase

  2. Određivanje: šta pokreće hemijsku reakciju, smer odvijanja hemijske reakcije, uslovi ravnoteže hemijske reakcije

  
• Promena entropije u ireverzibilnim procesima

  1. Odigrava se pri beskonačno maloj promeni stanja sistema na ireverzibilan način

  2. Predstavljena je izrazom: ΔS = Q/T
• Osnovni termodinamički pojmovi


  • Termodinamički sistem (otvoren, zatvoren, izolovan, homogen i heterogen)
  • Termodinamičke osobine / promenljive (ekstenzivne i intenzivne)
  • Stanje sistema i parametri stanja (p,V, T, n-količina supstance)
  • Termodinamička ravnoteža (termička, mehanička i hemijska)
  • Termodinamički proces

  
• U svakom ireverzibilnom procesu dolazi do porasta entropije ΔS ≥ 0
• Termodinamičke osobine - promenljive

  • EKSTENZIVNE: Masa (m), Zapremina (V), Energija (E), Toplota (Q), Rad (A)
  • INTENZIVNE: Pritisak (P), Temperatura (T), Gustina (ρ), Viskoznost (η), Površinski napon (σ)

  
• Svi procesi u prirodi su spontani i ireverzibilni (konačni) i praćeni su porastom entropije
• Termodinamički proces


  Promena stanja sistema, Prelazak iz jednog ravnotežnog stanja u drugo, Vrši se rad, Energetske promene sistema
• Entropija


  Merilo spontanosti procesa
• Termodinamički procesi mogu biti

  • Izobarni, P=const.
  • Izohorni, V=const.
  • Adijabatski, T=const.
  • Izotermski, T=const.
  • Reverzibilni (Povratni)
  • Ireverzibilni (Nepovratni)

  
• Promene entropije mogu se pratiti pri

  • Faznom prelazu (promeni agregatnog stanja)
  • Rastvaranju čvrste supstance
  • Mešanju tečnosti
  • Odigravanju hemijske reakcije
• UREĐENOST KRATKOG DOMETA (na malom rastojanju)

  • Osobine tečnosti zavise od intenziteta kohezionih sila
• Rad

  Prenos energije kroz granice termodinamičkog sistema u toku promene njegovog stanja, koji se može koristiti za promenu položaja tela (makroskopski)
• Kohezione sile

  Sile privlačenja koje deluju između molekula iste vrste
• Promene entropije pri faznom prelazu

  1. Topljenje: endoterman proces, ΔH > 0

  2. Isparavanje: endoterman proces, ΔH > 0

  3. Sublimacija: endoterman proces, ΔH > 0
• Tečno stanje


  Agregatno stanje materije određeno relativnom udaljenošću atoma i molekula i jačinom njihovih veza
• Entropije topljenja, isparavanja i sublimacije su uvek pozitivne vrednosti, jer sistem prima toplotu (ΔH > 0)
• Tečnosti


  • Imaju definisanu (konstantnu) zapreminu, ali ne i oblik
  • Zauzimaju oblik suda u kom se nalaze
• Čvrsto stanje


  • Grade ih joni, atomi i molekuli
  • Imaju određen oblik i zapreminu
  • Fizičke i hemijske osobine određuje raspored čestica, jačina veza i rastojanje između čestica
  • Veze između čestica su jonske, kovalentne, metalne, a u nekim kristalima i međumolekulske (Van der Walsove sile, vodonične veze u ledu)
  • Među česticama vladaju privlačne i odbojne sile koje čestice drže na određenim rastojanjima, u ravnotežnim položajima sa minimumom potencijalne energije

  
• Pri porastu temperature, entropija sve vreme raste
• Toplota


  Prenos energije usled razlike u temperaturi između sistema i okoline, u kome se koristi haotično (termičko) kretanje molekula
• Tečnosti


  • Osobine slične čvrstom stanju
  • Osobine slične gasnom stanju
• Kristalno stanje


  Izgrađen od spojenih monokristala, međusobno haotično orijentisanih, unutar kojih se nezavisno održava periodičnost čestica

  
• Intenzitet kohezionih sila


  U tečnostima: manji nego u čvrstim supstancama, ali znatno veći nego u gasovima
• Na temperaturi prelaza, vrednost entropije naglo raste
• Oblici energije


  • Potencijalna – položaj sistema
  • Kinetička – kretanje sistema
  • Termička – temperatura sistema
  • Hemijska – struktura sistema
  • Površinska – površina sistema

  
• Amorfno stanje


  Prema unutrašnjoj strukturi, čvrsta tela mogu biti u KRISTALNOM i AMORFNOM stanju
• Pokretljivost čestica


  U tečnostima: manja nego u gasovima, ali znatno veća nego u čvrstim supstancama
• Entropija čiste kristalne supstance na temperaturi apsolutne nule je nula
• Osobine tečnosti slične gasnom stanju

  • Zauzimaju oblik suda u kome se nalaze
  • Fluidnost − sposobnost tečenja
  • Viskoznost

  
• Nemoguće je dostići apsolutnu nulu (T = 0 K)
• Osobine tečnosti slične čvrstom stanju

  • Velika gustina
  • Mala molarna zapremina
  • Velika površinska slobodna energija
  • Temperatura utiče na termodinamičke osobine, ali je uticaj pritiska mali
  • Nestišljivost (sa promenom pritiska, tečnosti neznatno menjaju zapreminu)

  
• Promena entropije pri rastvaranju


  Neuređenost jona u rastvoru u odnosu na uređenost jona u čvrstom rastvorku i molekula u tečnom rastvaraču
• Faza


  • Homogen fizički odvojen deo sistema koji od drugih delova sistema odvaja granična površina koja se naziva granica faze
  • Isti: hemijski sastav, fizičke osobine i termodinamičke osobine
  • Na granici faza dolazi do nagle promene sastava ili osobina
• Unutrašnja energija (U)


  Ukupna energija sistema koja se sastoji od kinetičke energije molekula i potencijalne energije molekula
• U najvećem broju slučajeva entropija pri rastvaranju RASTE
• Karakteristike kristalnog stanja


  • Raspored čestica unutar kristala je pravilan i periodičan (kristalna rešetka)
  • Uređenost čestica je potpuna i na kratkom i na dugom dometu (rastojanju) u svim pravcima kristala
  • Jačina veza između čestica je jednaka u celom kristalu
  • Kristali prelaze u rastop (tečno stanje) sa porastom temperature
  • Temperatura (tačka) topljenja je definisana − oštar prelaz iz čvrstog u tečno stanje (tope se na određenoj T)
• I zakon termodinamike


  Definira promene energije u sistemu: ΔU = Q + A