1 Termodinamikai alapfogalmak Mire kell A mindennapi gyakorlatban

1. Termodinamikai alapfogalmak Mire kell? • A mindennapi gyakorlatban előforduló jelenségek (például fázisátalakulások, olvadás, dermedés, párolgás) értelmezéséhez, kvantitatív leírásához. • Szerkezeti anyagok tulajdonságainak változása külső körülmények között (például hőtágulás). Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel). P, V, T, c állapotjelzők E, H, S, G állapotfüggvények

1. Termodinamikai alapfogalmak A hő, hőtartalom, a termodinamikai rendszer Mi a hő viszonya a többi energiához? Elektromágneses sugárzások: λ-ban különböznek (c: terjedési sebesség ν: frekvencia) ΔE: a rendszer energiaváltozása h: Planck-állandó Általános kérdések: E energiát közlök m milyen formák között oszlik meg? rendszer

1. Termodinamikai alapfogalmak Elektromágneses hullámok Név — Frekvenciatartomány Eredetük forrása 50 Hz váltóáramú áramkörök gyenge sugárzása rádió, radar, TV 104 -1010 Hz elektromos rezgőkörök mikrohullámok 109 -1012 Hz speciális elektroncsövek rezgései infravörös sugarak (hő) 1011 -4· 1014 Hz atomok és molekulák külső elektronjai látható fény 4· 1014 -8· 1014 Hz atomok külső elektronjai ultraibolya sugarak 8· 1014 -1017 Hz atomok külső elektronjai röntgensugarak 108 -1020 Hz atomok belső elektronjai, nagyenergiájú szabad elektronok hirtelen lefékezése gamma-sugarak 1019 -1024 Hz atommagok, gyorsítók nagyenergiájú részecskéinek hirtelen lefékezése

1. Termodinamikai alapfogalmak ΔE energiát közlök az mind az energiatartalmát növeli? atomi rezgések elektron átmenetek transzlációs mozgások (átalakulások) ezen kívül: egy része kisugárzódik a környezetbe

1. Termodinamikai alapfogalmak Ezért fontos a „rendszer” fogalom bevezetése: A kölcsönhatásban lévő anyagok összessége. Zárt rendszer: ha (kémiai) anyagot nem ad át a környezetének (csak energiaközlés). Nyitott rendszer: anyagátmenet is van. Adiabatikus rendszer: hőt nem vesz fel, nem ad le.

2. Az állapotfüggvények Belső energia Az entalpia Az entrópia S: a rendezetlenség mértékének jellemzésére szolgál az izoterm, reverzibilisen felvett hőt jelenti

3. Az entrópia statisztikus értelmezése Az entrópia a termodinamikai állapot valószínűségének mértéke W=W 1 · W 2 · W 3 A rendszer entrópiája a részek entrópiájának összege: S = f(W) = f(W 1 W 2 W 3…)=S 1 + S 2 + S 3 +… S = k · ln. W Az entrópia az állapot termodinamikai valószínűségének logaritmusával arányos. k = Boltzmann állandó = R / NA R = egyetemes gázállandó, 1, 986 cal/fok NA = Avogadro szám, 6, 2 · 1023 Minden folyamat, amely növeli az atomok, molekulák mozgási lehetőségét (például olvadás, párolgás, gázkiterjedés, diffúzió) az anyag entrópianövekedésével jár együtt.

3. Entalpia, szabadentalpia, entrópia változása a hőmérséklettel H=G+T·S

4. Szabadentalpia Az átalakulások iránya G 1: kezdeti állapot G 2: végállapot

4. Elsőrendű fázisátalakulás

4. Elsőrendű fázisátalakulás Szabadentalpia, G A H 2 O szabadenergiája a hőmérséklet függvényében víz ΔG jég víz 0 Hőmérséklet (°C)

4. Szabadentalpia, termodinamikai egyensúly A termodinamikai egyensúly és a szabadentalpia egyensúly: nincs változás (P, T = konstans) adott P, T körülmények között G-nek nincs alacsonyabb értéke G d. G = 0 A B atomi konfigurációk

Fázisdiagram A H 2 O sematikus fázisdiagramja

A szén allotrópjai Gyémánt (ρ = 3, 51), C tetraéderes környezetben, sp 3 hibr. állapot Grafit (ρ = 2, 22), rétegen belül érős kovalencia, rétegek között van der Waals kötés (a grafit kémiailag reaktívabb)