สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในเคมีคืออะไร สมดุลและเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ การเปลี่ยนเฟส ดูว่า "สมดุลทางอุณหพลศาสตร์" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร

สภาวะทางอุณหพลศาสตร์สำหรับความสมดุลของกระบวนการที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอลคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ (D อาร์จี(ต)=0) เมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้น n กเอ+เอ็น ขข=น กับซี+เอ็น งการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานคือ:

ดี อาร์จี 0 ต=(น ค×D ฉ 0 ซี+ n ง×D ฉ 0 ดี)–(น ก×D ฉ 0 เอ+ n ข×D ฉ 0 บี).

นิพจน์นี้สอดคล้องกับกระบวนการในอุดมคติซึ่งความเข้มข้นของสารตั้งต้นมีค่าเท่ากับเอกภาพและยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการทำปฏิกิริยา ในระหว่างกระบวนการจริง ความเข้มข้นของรีเอเจนต์จะเปลี่ยนไป: ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง และความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น เมื่อคำนึงถึงความเข้มข้นของพลังงานกิ๊บส์ (ดูศักยภาพทางเคมี) การเปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยาจะเท่ากับ:

ดี อาร์ จี ที=–

– =

= (น ค×D ฉ 0 ค+ น ง×D ฉ 0 ดี) – (น ก×D ฉ 0 ก+ น ข×D ฉ 0 บี) +

+ ร×ท×(น ค×ln ซีซี+ น ง×ln ซีดี–n ก×ln ซี เอ–n ข×ln ซีบี)

ดี อาร์ จี ที=ง อาร์จี 0 ต + ร×ท× ,

ที่ไหน – ความเข้มข้นไร้มิติ ฉัน-สารที่;

เอ็กซ์ ฉัน– เศษส่วนโมล ฉัน-สารที่;

พี ฉัน- ความดันบางส่วน ฉัน-สารที่; ร 0 = 1.013×10 5 Pa – ความดันมาตรฐาน

กับฉัน– ความเข้มข้นของฟันกราม ฉัน-สารที่; กับ 0 = 1 โมล/ลิตร – ความเข้มข้นมาตรฐาน

อยู่ในภาวะสมดุล

ดี อาร์จี 0 ที+อาร์×ที× = 0,

.

ขนาด ถึง 0 เรียกว่า ค่าคงที่สมดุลมาตรฐาน (อุณหพลศาสตร์) ของปฏิกิริยานั่นคือที่อุณหภูมิหนึ่ง ตอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับที่เกิดขึ้นในระบบ สมดุลจึงถูกสร้างขึ้นที่ความเข้มข้นที่แน่นอนของสารตั้งต้น – ความเข้มข้นของความสมดุล (ซี ฉัน) อาร์ . ค่าความเข้มข้นของสมดุลถูกกำหนดโดยค่าคงที่สมดุลซึ่งเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและขึ้นอยู่กับเอนทาลปี (D อาร์ เอ็น 0) และเอนโทรปี (D อาร์ ส 0) ปฏิกิริยา:

ดี อาร์จี 0 ที+อาร์× ต×ln เค 0 = 0,

, ,

ตั้งแต่ D อาร์จี 0 ต=ง อาร์ เอ็น 0 ที-ที×D อาร์ ส 0 ต,

.

ถ้าค่าเอนทาลปี (D อาร์ เอ็น 0 ต) และเอนโทรปี (D อาร์ ส 0 ต) หรือ D อาร์จี 0 ตปฏิกิริยา จากนั้นจึงสามารถคำนวณค่าคงที่สมดุลมาตรฐานได้

ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาจะแสดงคุณลักษณะของส่วนผสมและสารละลายของก๊าซในอุดมคติ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในก๊าซและสารละลายจริงทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของค่าที่คำนวณได้ของค่าคงที่สมดุลจากของจริง เพื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ แทนที่จะใช้แรงกดดันบางส่วนของส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซ มีการใช้ fugacity และแทนความเข้มข้นของสารในสารละลาย กิจกรรมของพวกมัน (ดูศักยภาพทางเคมี)

การเปลี่ยนแปลงสมดุล.

ที่สภาวะสมดุลในระบบปิด ความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะถูกสร้างขึ้น หากพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เปลี่ยนแปลงในระบบ (อุณหภูมิ ความดัน ปริมาณของสารที่มีปฏิกิริยา) ระบบจะเข้าสู่สภาวะสมดุลอีกสถานะหนึ่ง หากเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นจากนั้นเราจะพูดถึงการเปลี่ยนแปลงสมดุลในทิศทางไปข้างหน้า (ไปทางขวา) หากความเข้มข้นสมดุลของสารเริ่มต้นเพิ่มขึ้นนี่คือความสมดุล เปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้าม (ไปทางซ้าย)

“ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุล” สามารถกำหนดได้โดยใช้สมการไอโซบาร์และไอโซเทอร์มของปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาไอโซบาร์

อนุพันธ์ ln เค 0 ที่อุณหภูมิที่ความดันคงที่เท่ากับ:

.

สมการนี้เรียกว่า ปฏิกิริยาไอโซบาริกในทางปฏิบัติ สำหรับการคำนวณโดยประมาณ เราสามารถสรุปได้ว่า D อาร์ เอ็น 0 ต» ด อาร์ เอ็น 0 298 แล้ว

.

หากทราบสัญญาณของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ก็เป็นไปได้ที่จะกำหนด "ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุล" เมื่ออุณหภูมิของส่วนผสมของปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลง

การวิเคราะห์สมการไอโซบาร์.

ให้เกิดปฏิกิริยาเกิดขึ้นในระบบ

n กเอ+เอ็น ขบี↔n กับซี+เอ็น งดี.

, .

เนื่องจากอุณหภูมิและค่าคงที่ของก๊าซสากลเป็นบวก จึงเป็นเครื่องหมายของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน ln เค 0 (ต) ถูกกำหนดโดยสัญญาณของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา

1. ปฏิกิริยาคายความร้อน – D อาร์ เอ็น 0 <0. Поскольку производная , то функция เค(ต) ลดลง เช่น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าคงที่สมดุลจะลดลง ผลที่ตามมา เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้าม (การลดลงของค่าคงที่สมดุลจะต้องทำให้ตัวเศษลดลง และด้วยเหตุนี้ การเพิ่มขึ้นของตัวส่วนด้วย)

2. ปฏิกิริยาดูดความร้อน – D อาร์ เอ็น 0 >0 อนุพันธ์จึงเป็นฟังก์ชัน เค(ต) เพิ่มขึ้น เช่น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าคงที่สมดุลจะเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางไปข้างหน้า (การเพิ่มค่าคงที่สมดุลต้องเพิ่มตัวเศษและตัวส่วนลดลง)

ไอโซเทอมของปฏิกิริยา

ปล่อยให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในระบบ กเอ+เอ็น ขข ↔ น กับซี+เอ็น งง. ถ้าระบบไม่อยู่ในสมดุล (ง อาร์ จี ที¹0) ดังนั้นความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาจะแตกต่างจากสมดุล ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาจะเท่ากับ:

ดี อาร์ จี ที=ง อาร์จี 0 ที+อาร์× ต×¹0,ด อาร์ จี ที=ง อาร์จี 0 ที+อาร์× ต ln เค ที ×¹0,

ที่ไหน – นิพจน์ที่สร้างขึ้นตามประเภทของค่าคงที่สมดุล ซึ่งมีความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาในระบบที่ไม่อยู่ในสภาวะสมดุล ความเข้มข้นเหล่านี้ในช่วงเริ่มต้นเป็นไปตามอำเภอใจและเปลี่ยนเป็นค่าสมดุลในระหว่างการทำปฏิกิริยา

ตั้งแต่ D อาร์จี 0 ที+อาร์× ต×ln เค 0 =0 ® ดี อาร์จี 0 ต= –ร× ต×ln เค 0 ,

ที่ไหน คือค่าคงที่สมดุลแล้ว

ดี อาร์ จี ที = ร× ต(ในที่นี้ เคที–ln เค 0).

สมการนี้เรียกว่า ไอโซเทอมของปฏิกิริยา- ด้วยความช่วยเหลือนี้ คุณสามารถกำหนดทิศทางของปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิคงที่ได้ โดยขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความเข้มข้นของรีเอเจนต์

การวิเคราะห์สมการไอโซเทอร์ม.

1. ถ้าอัตราส่วนความเข้มข้นของสารตั้งต้น (A, B) และผลิตภัณฑ์ (C, D) เป็นเช่นนั้น เคที=เค 0 แล้ว D อาร์ จี ที=ร× ต(ในที่นี้ เคที – ln เค 0)=0. ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล

2. ถ้าอัตราส่วนของความเข้มข้นเริ่มต้นของรีเอเจนต์ A, B, C และ D เป็นเช่นนั้น เคที<เค 0 คือความเข้มข้นของสารตั้งต้น กและ บีมากกว่าค่าสมดุล และความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ C และ D น้อยกว่า จากนั้น D อาร์ จี ที=ร× ต(ในที่นี้ เคที–ln เค 0) <0. Реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении. При этом концентрации исходных веществ уменьшаются, а продуктов увеличиваются. Соответственно увеличивается величина เคที- เมื่อถึงค่า เค 0 ระบบจะเข้าสู่สภาวะสมดุล (D อาร์ จี ที=0).

3. ถ้าอัตราส่วนของความเข้มข้นเริ่มต้นของรีเอเจนต์ A, B, C และ D เป็นเช่นนั้น เคที > เค 0 ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์จะมากกว่าศูนย์ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามตามธรรมชาติจนกว่าระบบจะเข้าสู่สภาวะสมดุล ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ลดลง และสารตั้งต้นจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าสมดุล

ข้อสรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความดัน และความเข้มข้นของรีเอเจนต์ต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมี ซึ่งเกิดจากการวิเคราะห์สมการไอโซเทอร์มและไอโซบาร์ของปฏิกิริยา เป็นไปตามกฎเชิงประจักษ์ของเลอ ชาเตอลิเยร์ ( เลอ ชาเตลิเยร์). หากอิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นกับระบบในสภาวะสมดุล ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการที่ทำให้ผลกระทบของอิทธิพลภายนอกอ่อนลงกฎนี้ช่วยให้คุณกำหนดทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุลได้

กระบวนการสมดุลและไม่มีสมดุล กระบวนการที่ย้อนกลับได้และย้อนกลับไม่ได้

ระบบคือพื้นที่อันจำกัดซึ่งมีวัตถุทางกายภาพของการศึกษาอยู่ในนั้น ขอบเขตของระบบอาจเป็นวัสดุหรือจินตภาพ นิ่งหรือเคลื่อนที่ ซึมเข้าไปได้หรือเจาะเข้าไปในสสารไม่ได้

เราจะศึกษาคุณสมบัติ ระบบมหภาคเหล่านั้น. ระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก - โมเลกุล อะตอม หรือไอออน ระบบที่มองเห็นด้วยตาเปล่าดังกล่าวอาจเป็นวัตถุที่แยกจากกัน (เช่น ก๊าซ ของเหลว และไอในสภาวะสมดุลด้วย) เนื้อหาทั้งหมดที่ไม่รวมอยู่ในระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณา แต่สามารถมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของระบบนั้นเรียกว่า สิ่งแวดล้อม- ตัวอย่างเช่น หากระบบเป็นก๊าซที่บรรจุอยู่ในกระบอกสูบที่มีลูกสูบ กระบอกสูบและลูกสูบจะไม่รวมอยู่ในระบบ แต่คุณสมบัติของระบบโดยเฉพาะปริมาตรจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของลูกสูบ ดังนั้นในกรณีนี้ กระบอกสูบและลูกสูบจึงอยู่ในตัวกลาง

ในการอธิบายพฤติกรรมและคุณสมบัติของระบบมหภาค โดยปกติจะใช้ปริมาณที่วัดได้โดยตรงซึ่งระบุลักษณะของระบบโดยรวมและความสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม แต่ไม่สมเหตุสมผลเมื่อนำไปใช้กับอนุภาคแต่ละตัว ในบรรดาปริมาณเหล่านี้เรียกว่า พารามิเตอร์มหภาคของสถานะระบบรวมถึง ตัวอย่างเช่น ปริมาณ เช่น P, T, V,  เป็นต้น เรียกว่าสถานะของระบบที่ระบุโดยใช้พารามิเตอร์มาโครที่แสดงลักษณะการทำงานของระบบโดยรวม มาโครสเตต.

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าระบบมหภาคใด ๆ ที่แยกได้จากสภาพแวดล้อมภายนอกมักจะผ่านเข้าสู่สถานะของสิ่งที่เรียกว่าโดยธรรมชาติ สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดมหภาคทั้งหมดในระบบหยุดลงและแต่ละพารามิเตอร์ที่มีลักษณะเฉพาะคุณสมบัติมหภาคของระบบมีค่าคงที่เมื่อเวลาผ่านไป ระบบที่เข้าสู่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์จะไม่สามารถออกจากระบบได้เอง อิทธิพลภายนอกจำเป็นต่อการทำลายความสมดุล กระบวนการของระบบที่เปลี่ยนไปสู่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่า ผ่อนคลายและเวลาที่ต้องใช้เพื่อการนี้เรียกว่า เวลาผ่อนคลาย- สำหรับกระบวนการที่แตกต่างกันในระบบที่แตกต่างกัน เวลาในการผ่อนคลายจะแตกต่างกัน มันอาจจะเล็กมากและใหญ่มาก ตัวอย่างเช่น การปรับความดันในก๊าซให้เท่ากันเกิดขึ้นภายในเสี้ยววินาที และการปรับความเข้มข้นของความเข้มข้นระหว่างการแพร่กระจายอาจคงอยู่ได้หลายนาทีในก๊าซ และในของแข็ง เช่น ชั่วโมง สัปดาห์ และแม้แต่ปี

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์คือสมดุลทางสถิติ เราสามารถพูดถึงเรื่องนี้ได้ก็ต่อเมื่อจำนวนอนุภาคที่ประกอบเป็นระบบมีขนาดใหญ่มาก หากพูดอย่างเคร่งครัด พารามิเตอร์สถานะของระบบที่สมดุลจะไม่คงที่ แต่จะพบกับความผันผวนเล็กน้อยรอบๆ ค่าสมดุล ตัวอย่างเช่น เมื่อมีโมเลกุลจำนวนมาก การเบี่ยงเบนจากการกระจายตัวสม่ำเสมอตลอดปริมาตรอาจเกิดขึ้นในแต่ละส่วนของภาชนะ อย่างไรก็ตามความหนาแน่นของก๊าซเฉลี่ยตลอดปริมาตรทั้งหมดจะเท่ากันและคงที่

สถานะของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เป็นสถานะที่ง่ายที่สุดของระบบมหภาค ในสถานะนี้ ลักษณะการทำงานของระบบจะถูกอธิบายด้วยพารามิเตอร์ขนาดมหภาคจำนวนเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น สถานะของระบบที่ง่ายที่สุด ได้แก่ ก๊าซ ของเหลว และของแข็งโดยไม่มีสนามแรงภายนอก ภายใต้เงื่อนไขของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ สามารถถูกกำหนดอย่างไม่คลุมเครือด้วยปริมาณ P, T, V ใดๆ ใน 3 ปริมาณ ซึ่งใน ไม่มีฟิลด์ภายนอกมีค่าเท่ากันในทุกส่วนของระบบ สถานะสมดุลแต่ละสถานะสามารถแสดงด้วยจุดบนกราฟ P-V หรือ T-V สถานะที่ไม่สมดุลไม่สามารถอธิบายได้ด้วยวิธีนี้ เนื่องจากพารามิเตอร์อย่างน้อยหนึ่งตัวในสถานะที่ไม่สมดุลจะไม่มีค่าที่แน่นอน

กระบวนการใดๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของระบบจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งสัมพันธ์กับความไม่สมดุลในระบบในกรณีนี้ ความไม่สมดุลจะมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อกระบวนการเกิดขึ้นเร็วขึ้น ตัวอย่าง: การเปลี่ยนแปลงของ P ระหว่างการอัดก๊าซอย่างรวดเร็วและช้าในกระบอกสูบที่มีลูกสูบที่ติดแน่น

ในขีดจำกัด ถ้าการบีบอัดก๊าซเกิดขึ้นอย่างช้าๆ อย่างไม่จำกัด ก๊าซในแต่ละช่วงเวลาจะถูกกำหนดคุณลักษณะด้วยค่าความดันที่แน่นอน ดังนั้น ในกรณีนี้ สถานะของก๊าซในแต่ละช่วงเวลาจึงมีความสมดุล และกระบวนการที่ช้าอย่างไม่มีที่สิ้นสุดจะประกอบด้วยลำดับของสถานะสมดุล กระบวนการที่ประกอบด้วยลำดับต่อเนื่องของสถานะสมดุลเรียกว่ากระบวนการสมดุลหรือกึ่งคงที่ จากที่กล่าวมาข้างต้นนั้นมีเพียงกระบวนการที่ช้าเพียงพอเท่านั้นที่สามารถทำให้เกิดความสมดุลได้ ดังนั้นกระบวนการสมดุลจึงเป็นนามธรรมในทางปฏิบัติที่ใกล้เคียงกับความสมดุลนั้นเป็นกระบวนการที่อัตราการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของระบบนั้นน้อยกว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงมาก ของพารามิเตอร์เดียวกันระหว่างการผ่อนคลาย กระบวนการสมดุลสามารถแสดงได้บนกราฟ P-V หรือเส้นโค้งที่สอดคล้องกันของ T-V กระบวนการที่ไม่สมดุลไม่สามารถแสดงออกมาเป็นภาพกราฟิกได้ อย่างไรก็ตาม หากใช้การแสดงภาพกราฟิกสำหรับกระบวนการที่ไม่มีความสมดุล นี่จะมีความหมายเพียงว่ามันแสดงเส้นทางสัมพัทธ์ของกระบวนการเหล่านี้เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการสมดุล

ข้อสรุปเชิงปริมาณทั้งหมดของอุณหพลศาสตร์ใช้ได้กับกระบวนการสมดุลเท่านั้น

กระบวนการสมดุลนั้นแตกต่างจากกระบวนการที่ไม่มีความสมดุล ตรงที่มีคุณลักษณะที่สำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ เป็นกระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ ในขณะที่กระบวนการที่ไม่มีความสมดุลนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้เสมอ

กระบวนการย้อนกลับได้เป็นกระบวนการที่สามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อให้ระบบผ่านสภาวะกลางเช่นเดียวกับในทิศทางไปข้างหน้า แต่ในลำดับย้อนกลับ เพื่อไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมรอบ ๆ ระบบ

หากกระบวนการดำเนินไปในลักษณะที่ว่าหลังจากเสร็จสิ้นแล้ว ระบบจะไม่สามารถกลับไปสู่สถานะเริ่มต้นได้เพื่อที่จะผ่านสถานะกลางเดียวกัน แต่ในลำดับย้อนกลับเท่านั้น และเพื่อให้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ หลงเหลืออยู่ ณ ที่ใด ๆ ในสภาพแวดล้อม ดังนั้น กระบวนการนี้เรียกว่าไม่สามารถย้อนกลับได้.

กระบวนการที่ย้อนกลับได้นั้นตรงกันข้ามกับกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: หากในระหว่างการตีไปข้างหน้าในส่วนพื้นฐานของกระบวนการระบบได้รับความร้อน Q และทำงาน dA จากนั้นในระหว่างการตีกลับในส่วนเดียวกันระบบ ปล่อยความร้อนออกมา Q = -Q และงานก็เสร็จสิ้น workdA= -dA ยกตัวอย่างกระบวนการที่ย้อนกลับได้และย้อนกลับไม่ได้

) ในสภาวะการแยกตัวจากสิ่งแวดล้อม โดยทั่วไปค่าเหล่านี้ไม่คงที่ แต่จะผันผวน (แกว่ง) รอบค่าเฉลี่ยเท่านั้น หากระบบสมดุลสอดคล้องกับหลายสถานะ ซึ่งในแต่ละสถานะสามารถคงอยู่ได้อย่างไม่มีกำหนด ระบบจะกล่าวได้ว่าอยู่ในสภาวะสมดุลที่แพร่กระจายได้ ในสภาวะสมดุล ไม่มีการไหลของสสารหรือพลังงานในระบบ ไม่มีศักย์ไฟฟ้าที่ไม่สมดุล (หรือแรงผลักดัน) หรือการเปลี่ยนแปลงจำนวนเฟสที่มีอยู่ แยกแยะระหว่างความร้อน เชิงกล การแผ่รังสี (การแผ่รังสี) และสมดุลเคมี ในทางปฏิบัติ เงื่อนไขการแยกหมายความว่ากระบวนการสร้างสมดุลดำเนินไปเร็วกว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่ขอบเขตของระบบ (นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงในเงื่อนไขภายนอกระบบ) และระบบจะแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสภาพแวดล้อม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความสมดุลทางอุณหพลศาสตร์จะเกิดขึ้นได้หากอัตราของกระบวนการผ่อนคลายสูงเพียงพอ (ตามกฎแล้ว ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับกระบวนการที่มีอุณหภูมิสูง) หรือเวลาในการบรรลุความสมดุลนั้นยาวนาน (กรณีนี้เกิดขึ้นในกระบวนการทางธรณีวิทยา)

ในกระบวนการจริง ความสมดุลที่ไม่สมบูรณ์มักเกิดขึ้นจริง แต่ระดับของความไม่สมบูรณ์นี้อาจมีความสำคัญหรือไม่มีนัยสำคัญก็ได้ ในกรณีนี้ เป็นไปได้สามตัวเลือก:

1. ความสมดุลเกิดขึ้นได้ในส่วนใด ๆ (หรือบางส่วน) ของระบบที่ค่อนข้างใหญ่ - ความสมดุลในท้องถิ่น
2. ความสมดุลที่ไม่สมบูรณ์เกิดขึ้นได้เนื่องจากความแตกต่างของอัตรากระบวนการผ่อนคลายที่เกิดขึ้นในระบบ - สมดุลบางส่วน
3. ความสมดุลทั้งในระดับท้องถิ่นและบางส่วนเกิดขึ้น

ในระบบที่ไม่มีความสมดุล การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในการไหลของสสารหรือพลังงาน หรือตัวอย่างเช่น เฟส

ความเสถียรของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์

สถานะของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่าเสถียรหากในสถานะนี้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์มหภาคของระบบ

เกณฑ์ความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของระบบต่างๆ:

• ระบบแยก (ไม่โต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมโดยสิ้นเชิง)- เอนโทรปีสูงสุด
• ระบบปิด (เฉพาะการแลกเปลี่ยนความร้อนกับเทอร์โมสตัท)- พลังงานฟรีขั้นต่ำ
• ระบบอุณหภูมิและความดันคงที่- ศักยภาพกิ๊บส์ขั้นต่ำ
• ระบบที่มีเอนโทรปีและปริมาตรคงที่- พลังงานภายในขั้นต่ำ
• ระบบที่มีเอนโทรปีและความดันคงที่- เอนทาลปีขั้นต่ำ

ดูสิ่งนี้ด้วย

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

ดูว่า "สมดุลทางอุณหพลศาสตร์" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร:

- (ดู สมดุลทางเทอร์โมไดนามิก) พจนานุกรมสารานุกรมกายภาพ อ.: สารานุกรมโซเวียต. หัวหน้าบรรณาธิการ A. M. Prokhorov 2526. สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ... สารานุกรมทางกายภาพ

ดูสมดุลทางอุณหพลศาสตร์... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ - (2) … สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์- สถานะของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์: ไม่มีของเหลวร้อนยวดยิ่งและไอน้ำเย็นยวดยิ่ง [เอเอส โกลด์เบิร์ก. พจนานุกรมพลังงานภาษาอังกฤษเป็นภาษารัสเซีย 2549] หัวข้อ พลังงานโดยทั่วไป คำพ้อง สถานะของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ EN ความร้อน... ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค

ดูสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ * * * สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ดู สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ (ดู สมดุลทางอุณหพลศาสตร์) ... พจนานุกรมสารานุกรม

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์- คือสถานะของระบบที่พารามิเตอร์มหภาคไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ในสถานะของระบบนี้ ไม่มีกระบวนการใดที่มาพร้อมกับการสูญเสียพลังงาน เช่น การไหลของความร้อนหรือปฏิกิริยาทางเคมี จากจุดจุลทรรศน์...... บรรพชีวินวิทยา ปิโตรแมกเนติกวิทยา และธรณีวิทยา หนังสืออ้างอิงพจนานุกรม.

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์- termodinaminė pusiausvyra statusas T sritis chemija apibrėžtis Nekintanti termodinaminės sistemos būsena, kurioje nevyksta medžiagos arba energijos pernaša. ทัศนคติ: engl. สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ rus สมดุลทางอุณหพลศาสตร์... Chemijos ยุติ aiškinamasis žodynas

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์- termodinaminė pusiausvyra สถานะ T sritis fizika atitikmenys: engl. สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ Gleichgewicht, n rus. สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ n ปรางค์ équilibre thermodynamique, m … Fizikos ปลายทาง žodynas

17.01.2020

หม้อแปลงแห้งที่มีขดลวดฉนวนแบบหล่อที่มีกำลังตั้งแต่ยี่สิบห้าถึงสามพันหนึ่งร้อยห้าสิบกิโลวัตต์แอมแปร์และระดับแรงดันไฟฟ้าสูงถึงสิบกิโลวัตต์...

17.01.2020

การดำเนินงานกันซึมเป็นสิ่งจำเป็นที่บางครั้งเกิดขึ้นระหว่างการก่อสร้างท่อก๊าซน้ำมันและท่ออื่น ๆ จากผลกระทบด้านลบจากภายนอก...

17.01.2020

งานเชื่อมถือว่าเป็นอันตรายต่อสุขภาพ การมองเห็นระหว่างการบาดเจ็บจากการทำงานมีความเสี่ยงเพิ่มขึ้น...

16.01.2020

การซื้อรถยกคลังสินค้าไม่ใช่กระบวนการง่ายๆ การเลือกจะต้องเป็นไปตามเกณฑ์หลายข้อพร้อมกัน เพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาด...

15.01.2020

ข้อดีของระบบแบบไม่ลบเลือนคือ เวลาใช้งาน ไม่ต้องกังวลเรื่องไฟดับ ระบบนี้จะทำงานอัตโนมัติและ...

15.01.2020

ปัจจุบันเฟอร์นิเจอร์ไม้ไผ่น้ำหนักเบาที่แปลกใหม่ถูกนำมาใช้ในสไตล์การตกแต่งภายในที่หลากหลาย ไม้ไผ่มีลักษณะได้เปรียบอย่างยิ่งในแอฟริกา ญี่ปุ่น นิเวศน์ และประเทศ...

13.01.2020

แผ่นลูกฟูกเป็นวัสดุอเนกประสงค์อย่างมาก แทบไม่ต้องมีการบำรุงรักษา ดูสวยงาม ติดตั้งง่าย ทนทาน และเชื่อถือได้ รวย...

13.01.2020

ปัจจุบันผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายที่ทำจากวัตถุดิบสแตนเลสเป็นที่ต้องการอย่างมากในตลาด ความต้องการดังกล่าวในขณะนี้คือ...

13.01.2020

การปรับปรุงอพาร์ตเมนต์มีหลายประเภท เพื่อจะได้ไม่สับสนกับคำจำกัดความในการอธิบายความปรารถนาของคุณกับพนักงานขององค์กรที่ทำสัญญา ก่อนอื่นคุณต้อง...

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ - สถานะทางอุณหพลศาสตร์ ระบบที่ไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและไม่มาพร้อมกับการถ่ายเทสสารหรือพลังงานผ่านระบบ ระบบแยกเดี่ยวที่ไม่แลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อมจะเข้าสู่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ตลอดเวลาและไม่สามารถปล่อยทิ้งไว้ได้เอง การเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของระบบจากสถานะที่ไม่สมดุลซึ่งเกิดจากอิทธิพลภายนอกไปสู่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่า ผ่อนคลาย.

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์รวมถึง: สมดุลทางความร้อน - อุณหภูมิคงที่ในปริมาตรของระบบ, ไม่มีการไล่ระดับอุณหภูมิ; สมดุลทางกลซึ่งไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยตาเปล่าของส่วนต่างๆ ของระบบได้ เช่น มีความเท่าเทียมกันของความดันในปริมาตรของระบบ อย่างไรก็ตาม อนุญาตให้มีการเคลื่อนไหวของระบบโดยรวมได้ - การเคลื่อนไหวแบบแปลในด้านการกระทำของแรงภายนอกและการหมุน ในกรณีของระบบที่ต่างกัน การอยู่ร่วมกันของเฟสสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่า สมดุลเฟส หากปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ของระบบ ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ อัตราของกระบวนการทางตรงและทางกลับจะเท่ากัน ที่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในระบบ กระบวนการถ่ายโอนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทั้งหมด (การนำความร้อน การแพร่กระจาย การไหลที่มีความหนืด ฯลฯ) จะหยุดลง ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นในระบบ ระบบปิดมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระจายองค์ประกอบที่สมดุลระหว่างเฟสที่ประกอบกันเป็นระบบ พารามิเตอร์สถานะที่กำหนดสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ พูดอย่างเคร่งครัดนั้นไม่คงที่ แต่จะผันผวนไปตามค่าเฉลี่ยทางสถิติบางอย่าง โดยปกติแล้วความผันผวนเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญ

สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์:

ภายใต้ พลังงานแห่งการก่อตัวมาตรฐานกิ๊บส์ΔG° เข้าใจการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ระหว่างปฏิกิริยาการก่อตัวของสาร 1 โมลในสถานะมาตรฐาน คำจำกัดความนี้บอกเป็นนัยว่าพลังงานมาตรฐานของกิ๊บส์ในการสร้างสารอย่างง่ายซึ่งมีความเสถียรภายใต้สภาวะมาตรฐานคือศูนย์

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับค่าที่ไม่รู้จักที่แตกต่างกันของพลังงานกิ๊บส์จากการก่อตัวจากสมการซึ่งในอีกด้านหนึ่งผลรวมของพลังงานของ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะถูกเขียน และอีกด้านหนึ่งคือผลรวมของพลังงานของสารตั้งต้น

เมื่อใช้ค่าของพลังงานกิ๊บส์มาตรฐาน เกณฑ์สำหรับความเป็นไปได้พื้นฐานของกระบวนการภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นมาตรฐานคือเงื่อนไข ΔG°<0, а критерием принципиальной невозможности - условие ΔG°>0. ในเวลาเดียวกัน หากพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานเป็นศูนย์ ไม่ได้หมายความว่าในสภาวะจริง (นอกเหนือจากมาตรฐาน) ระบบจะอยู่ในสภาวะสมดุล

ตัวอย่างของกระบวนการ exergonic และ endergonic ที่เกิดขึ้นในร่างกาย

ปฏิกิริยาความร้อนในระหว่างที่พลังงานกิ๊บส์ลดลง (dG<0) и совершается работа называются ЭКЗЕРГОНИЧЕСКИМИ(окисление глюкозы дикислородом- C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O, dG=-2880 кДж/моль! Реакции в результате которых энергия Гиббса возрастает (dG>0) และงานบนระบบเสร็จสิ้นเรียกว่า ENDERGONIC!

คำถามที่ 5. สมดุลเคมี

สมดุลเคมี- สถานะของระบบซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ .

ปฏิกิริยาย้อนกลับและไม่สามารถย้อนกลับได้

ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม: ย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้

กลับไม่ได้ - สิ่งเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในทิศทางเดียว

กลับด้านได้ – เรียกว่าปฏิกิริยาที่สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะที่พิจารณาทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากซ้ายไปขวาเรียกว่าไปข้างหน้า และจากขวาไปซ้ายเรียกว่าย้อนกลับ

ค่าคงที่สมดุลเคมี- ค่าที่กำหนดสำหรับสารเคมีที่กำหนด ปฏิกิริยา ความสัมพันธ์ระหว่างกิจกรรมทางอุณหพลศาสตร์ของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในสถานะทางเคมี สมดุล.

สำหรับปฏิกิริยา:

ค่าคงที่สมดุลแสดงด้วยความเท่าเทียมกัน:

สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์:

การพึ่งพาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิสามารถอธิบายได้ด้วยสมการไอโซบาร์ของปฏิกิริยาเคมี ( ไอโซบาร์แวนท์ ฮอฟฟ์):

สมการไอโซเทอมของปฏิกิริยาเคมี

สมการของไอโซเทอมของปฏิกิริยาเคมีทำให้สามารถคำนวณค่าของพลังงานกิ๊บส์ ΔG (ΔF) ในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะใด ๆ ของระบบไปสู่สมดุล กล่าวคือ ตอบคำถามว่าปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติที่ความเข้มข้นที่กำหนด C i (ความดัน P i) ของรีเอเจนต์หรือไม่:

เมื่อความเข้มข้นสมดุลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงโดยส่งผลต่อระบบ สมดุลเคมีจะเกิดการเปลี่ยนแปลง

ธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงสมดุลสามารถทำนายได้โดยใช้หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์:

เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา

เมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของสารตั้งต้น

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลเคมีจะเปลี่ยนไปตามทิศทางของปฏิกิริยาดูดความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลงไปในทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน

เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่จำนวนโมลของก๊าซทั้งหมดลดลงและในทางกลับกัน

หลักการทั่วไปในการทำนายการเปลี่ยนแปลงสมดุล:

ผลกระทบของปัจจัยใดๆ ที่มีต่อระบบสมดุลจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลในทิศทางที่ช่วยฟื้นฟูลักษณะดั้งเดิมของการกระจัด

สภาวะสมดุล -ชุดของปฏิกิริยาการปรับตัวที่ซับซ้อนของสัตว์และร่างกายมนุษย์ มีวัตถุประสงค์เพื่อกำจัดหรือเพิ่มผลกระทบของปัจจัยต่าง ๆ ของสภาพแวดล้อมภายนอกหรือภายในของร่างกาย . ความสามารถของร่างกายในการรักษาความมั่นคงของสถานะภายใน

รัฐนิ่ง- นี่เป็นสภาวะทั่วไปของสิ่งมีชีวิต มีลักษณะเป็นระดับพลังงานคงที่ และการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีมีแนวโน้มเป็นศูนย์ กระบวนการทางสรีรวิทยาขั้นพื้นฐานทั้งหมดเกิดขึ้นได้ในสภาวะนิ่งของระบบ