Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Физико-химическая термодинамика вещества

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

5.4 Mб

Скачать

☆

1 / 181 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая >>>

Петер Булер

Физико-химическая термодинамика вещества

Санкт-Петербург

2001

Петер Булер. Физико-химическая термодинамика вещества. - СПб, “Янус”, 2 0 0 1 .- 192 с. с ил.

ISBN 5-9276-0011-5

Prof. Dr. Peter Buhler

Lehrstuhl Glas und Keramik

Institut fur Werkstoffwissenschaften

Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen-NUrnberg

MartensstraBe 5

D-91058 Erlangen, Deutschland

Книга отпечатана по материалам, предоставленным автором.

Настоящее издание является авторским переводом книги Р. Buhlei' “Phy sicochemical thermodynamics of substance”, изданной в издательстве “Янус” в 2000 г. (ISBN 5-9276-0002-6)

©Р. Buhler, 2001

ISBN 5-9276-0011-5

В основу данной книги положена вышедшая в издательстве “Янус” (Санкт-Петербург, 2000 год) на английском языке книга автора:

Peter Buhler „Physicochemical Thermodynamics of Substance"

Благодарю мою жену Елену Александровну Булер за подготовку обеих книг на русском языке для издательства.

	Оглавление
В ведение............................................................................................................		11
Символы и определения................................................................................		13
1. Вещество и его внутренняя энергия......................................................		19
1.1 Определение вещества, материи и системы........................................		21
1.2 О внутренней энергии вещества............................................................		21
1.3 Изменение внутренней энергии вещества...........................................		21
1.4 Изменение энергии относится к атомам и молекулам......................		22
1.5 Материя и энергия сохраняются.............................................................		22
1.6 О возникновении энергии из ничего (о „Perpetuum mobile")...........		22
2. Законы изменения внутренней энергии вещества при
постоянном давлении..................................................................................		25
2.1 Первый закон термодинамики при постоянном давлении................		27
2.1.1	Изменения внутренней энергии вещества с температурой
	при постоянном давлении.....................................................................	27
2.1.2 Изменение внутренней энергии вещества при постоянных
	давлении и температуре (переход вещества в раствор)................	28
2.1.3 Изменение внутренней энергии жидкости при её нагреве и
	последующем быстром охлаждении..................................................	28
2.2	Второй закон термодинамики при постоянном давлении	30
2.2.1 Два уровня внутренней энергии вещества и их темпера
	турные коэффициенты. Энергоёмкость и энтропия вещества.....	31
2.2.2 Свободная энергия вещества.................................................................		32
2.2.3 Взаимосвязь между внутренней и свободной энергией вещества		33
2.2.4 Уравнение второго закона термодинамики при постоянном
	давлении....................................................................................................	34
2.2.5 Объединённое уравнение первого и второго законов
	термодинамики при постоянном давлении......................................	33
2.2.6 Энтропия и структура вещества............................................................		34
2.3. Третий закон термодинамики..................................................................		36
2.3.1 Давление при низких температурах....................................................		36
2.3.2 Наименьший уровень внутренней энергии вещества U*..............		37
2.3.3 Уравнение третьего закона термодинамики......................................		37

2.4Законы термодинамики как количественно выраженные соотношения между внутренней энергией, свободной

энергией и энтропией вещества.............................................................	38
3. Законы изменения внутренней и свободной энергии вещества
при изотермическом повышении давлен и я.......................................	41
3.1 Первый закон термодинамики при постоянной температуре........	43

3.2 Уравнение зависимости внутренней энергии вещества от
давления в классической термодинамике............................................		43
3.3 Зависимость внутренней энергии вещества от давления.................		46
3.4 Второй закон термодинамики при постоянной температуре		47
3.5 Зависимость барического коэффициента свободной энергии
от давления...................................................................................................		48
3.6 Третий закон термодинамики при постоянной температуре.............		49
4. Зависимость внутренней энергии, энтропии и свободной
энергии вещества от температуры......................................................		51
4.1 Зависимость внутренней энергии вещества от температуры...........		53
4.2 Зависимость энтропии вещества от температуры..............................		55
4.3 Зависимость свободной энергии вещества от температуры.............		56
4.4 Нормирование термодинамических свойств вещества в
справочниках................................................................................................		57
5. Зависимость внутренней и свободной энергии вещества
от давления.....................................................................................................		59
5.1 Зависимость внутренней энергии вещества от давления		61
5.2 Зависимость барического коэффициента свободной энергии
вещества от давления.................................................................................		62
5.3 Зависимость свободной энергии вещества от давления.....................		63
5.4 Взаимосвязь между внутренней и свободной энергией
вещества и давлением при постоянной температуре.........................		63
5.5 Зависимость внутренней энергии воды от давления...........................		64
6. Равновесие фаз одного вещества............................................................		67
6.1 Твёрдое, жидкое и газообразное состояния вещ ества........................		69
6.2 Равновесие конденсированного и газообразного состояния
вещества и тройная точка..........................................................................		70
6.3 Термодинамическое уравнение кривой зависимости давления
насыщенного пара от температуры.........................................................		72
6.4 Термодинамическое уравнение кривой зависимости темпе
ратуры плавления вещества от давления...............................................		75
6.5 Сравнение уравнения (6.35) с опытными данными		80
6.6 О критической точке и равновесиях фаз при высоких
давлениях и температурах.........................................................................		81
6.7 Равновесие жидкости с поверхностным слоем.
Поверхностное натяжение жидкости.....................................................		82
7. Термодинамические свойства смешения бинарных растворов.
Коэффициент активности вещества....................................................		85
7.1 Изменение внутренней энергии, свободной энергии и энтро
пии вещества при его переходе в раствор (термодинамические
свойства смешения вещества с раствором)...........................	<.............	87

7.2Термодинамические свойства смешения бинарных растворов..89

7.2.1 Концентрации компонентов раствора.................................................		89
7.2.2 Термодинамические свойства смешения раствора...........................		89
7.2.3 Расчёт термодинамических свойств смешения компонентов
	раствора по опытным данным...........................................................	91
7.2.4 Взаимосвязь термодинамических свойств смешения
	компонентов бинарного раствора.......................................................	95
7.3	Коэффициент активности вещества в растворе...............................	96
7.3.1 Определение коэффициента активности...........................................		96
7.3.2 Расчёт коэффициентов активности компонентов бинарного
	раствора по опытным данным............................................................	97
7.3.3 Взаимосвязь коэффициентов активности компонентов
	бинарного раствора...............................................................................	99
7.3.4 Зависимость коэффициентов активности компонентов
	бинарного раствора от температуры................................................	101
8. Равновесие ко1щенсированных фаз в двухкомпонентной системе....		103
8.1 Виды диаграмм равновесия фаз в двухкомпонентной системе.... 105
8.2 Диаграммы равновесия конденсированных фаз в двух
	компонентных системах	105
8.2.1 Простая эвтектическая диаграмма		105
8.2.2 Диаграммы с образованием твёрдых растворов.............................		106
8.2.3 Диаграмма с областью несмешиваемости двух жидких
	растворов	107
8.3	Термодинамические уравнения линий равновесия
	конденсированных фаз в бинарных системах...................................	107
8.3.1 Уравнение линий равновесия твёрдый раствор-жидкость...........		107
8.3.2 Уравнение линий равновесия твёрдый раствор а-твёрдый
	раствор р .................................................................................................	109
8.3.3 Уравнения линий равновесия двух жидких растворов		110

8.4Расчётные уравнения линий равновесия фаз для различных

диаграмм равновесия ф аз.......................................................................	111
8.4.1 Диаграмма с простой эвтектикой......................................................	111
8.4.2 Диаграмма с неограниченной растворимостью компонентов
в твёрдом и жидком состоянии..........................................................	113
8.4.3 Диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов
в твёрдом состоянии.............................................................................	117
8.4.4 Диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов
в жидкости..............................................................................................	118

8.5Влияние давления на равновесие фаз в двухкомпонентной

системе........................................................................................................	119
8.5.1 Равновесие твёрдого и жидкого растворов.......................................	119
8.5.2 Равновесие двух жидких растворов...................................................	121

9.Равновесие жидкости с паром и поверхностным слоем в

двухкомпонентной системе.....................................................................	123
9.1 Концентрация и коэффициенты активности компонентов
газовой см еси .............................................................................................	125
9.2 Уравнения линий равновесия жидкого раствора с газовой
фазой при постоянном давлении	125
9.3 Уравнения линий равновесия жидкого раствора с газовой
фазой при постоянной температуре	129
9.4 Коэффициенты активности компонентов раствора...........................	134
9.5 Равновесие раствора с поверхностным слоем	134
9.5.1 Поверхностное натяжение раствора...................................................	134.
9.5.2 Уравнения, связывающие составы раствора и поверхност
ного слоя в бинарном растворе...........................................................	135
9.5.3 Изотерма поверхностного натяжения идеального раствора	136
9.6 О расслоении бинарной газовой смеси.................................................	139
10 Равновесие химических превращений	143
10.1 Закон сохранения материи и химическое превращение	145
10.2 Стандартная энергия и стандартная свободная энергия
химической реакции.............................................................................	145
10.3 Энергия и свободная энергия химической реакции в растворе...	146
10.4 Равновесие химической реакции. Закон действия масс..................	147
10.5 Общее уравнение константы равновесия и примеры
его применения	149
10.6 Зависимость константы равновесия от температуры......................	151
10.7 Зависимость константы равновесия от давления	152
10.8 Влияние коэффициентов активности участников хими
ческой реакции на её равновесие	154
10.9 Влияние давления газовой фазы на её равновесный состав	154
10.10 Определение энергии химической реакции	156

11Экспериментальное определение термодинамических характеристик химической реакции (на примере взаимодействия кислорода с оксидами поливалентных

элементов в оксидном расплаве)........................................................		159
11.1 Уравнение окислительно-восстановительной реакции и её
термодинамические характеристики..................		161
11.2 Зависимость	величины q от давления кислорода Ро2.....................	167
11.3 Зависимость	величины q от хи и выполнение закона Генри	169
11.4 Зависимость	отношения x0JxRedот хм	170

	9
Литература к главам 1-10	173
Литература к главе 11	175
Приложения	179

ВВЕДЕНИЕ

При написании данной книги автор исходил из принципа, что материя (Природа) - это самоуправляемая система, которая не руководствуется тем, что происходит в сознании человека и что он в состоянии математически сформулировать. Законы Природы не вытекают из математики, “всё вели колепие которой в том и состоит, что в ней мы не знаем, о чём толкуем” (Фейнман).

Поведение любого вещества, независимо от его строения и происходя щих с ним физико-химических процессов, подчиняется законам сохране ния материи и энергии. Последнее, в частности, означает, что энергию лю бого вещества можно увеличить только за счёт уменьшения энергии окру жающих его веществ. В нарушение этого закона в классической термоди намике принято, что внутреннюю энергию U вещества можно увеличить за счёт математического произведения его объёма V на внешнее давление Р Приняв сумму (U + PV) за энергию вещества, мы приходим к термодина мической модели производства энергии из ничего, так как произведение PV не увеличивает энергию вещества.

Естественные процессы переноса энергии от одного вещества к друго му в Природе протекают таким образом, что полученную внутреннюю энер гию вещество не может полностью вернуть обратно, то-есть реальные про цессы протекают энергетически необратимо. Несмотря на это, в класси ческой термодинамике с помощью несуществующего обратимого процес са вводится свойство вещества, получившего название энтропии S ( d = TdS, где qo6f)- теплота обратимого процесса). В этом определении наряду с его нереализуемостыо допускается также, что вещество обладает теплотой q. В действительности вещество обладает только внутренней энергией U, что означает: dС/ = TdS. Другими словами, энтропия S вещества увеличи вается только в том случае, если увеличивается его внутренняя энергия U.

Вопреки сказанному, в классической термодинамике допускается само произвольный рост энтропии вещества без увеличения его энергии. Это в конечном счёте должно привести к „тепловой смерти*1материи.

В итоге, наряду с законом сохранения материи и энергии, мы имеем тер модинамическую модель материи, которая самопроизвольно может увели чить свою энергию и энтропию только потому, что математически это до пустимо. Природа, как известно, не вытекает из математики.

При написании данной книги автор руководствовался общеизвестным положением, что согласно законам Природы:

-энергия не существует в виде произведения PV, а в виде эквивалентной ей массы;

-энтропия вещества растёт только в том случае, если растёт его энергия; все естественные процессы энергетически необратимы.

Читатель может убедиться в том, что при таком изложении законы тер модинамики и их применение становятся понятными каждому.

Петер Булер январь 2001, Эрланген, Германия

1 / 181 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги