Với nhu cầu tìm hiểu và học tập về hóa học hiện nay rất cao. Hóa Lí là một trong những nội dung không thể thiếu đối với những ai đang học hóa và có niềm đam mê với hóa. Tác giả trong thời gian học tập tại Trường Đại học Sư phạm Thành Phố Hồ Chí Minh đã có dịp được học bộ môn Hóa Lí này. Tác giả muốn chia sẻ bài giảng này mong quý bạn đọc có thể thích và kích thích được sự tìm hiểu môn hóa đối với những bạn yêu hóa học
KHOA HĨA HỌC BÀI GIẢNG HĨA LÍ (Dành cho lớp sư phạm khoa học tự nhiên) Số tín chỉ: 03 Giảng viên: TS Nguyễn Văn Mỷ KHOA HÓA HỌC BÀI GIẢNG Chương Nhiệt động hóa học Giảng viên: TS Nguyễn Văn Mỷ Nhiệt đơng hóa học (Thermodynamics): ❑ Nhiệt động học môn khoa học nghiên cứu quy luật điều khiển trao đổi lượng, đặc biệt quy luật có liên quan tới biến đổi nhiệt thành dạng lượng khác biến đổi qua lại dạng lượng ❑ Nhiệt động học hố học khoa học nghiên cứu ứng dụng nhiệt động học vào hố học để tính tốn thăng lượng rút số đại lượng làm tiêu chuẩn để xét đoán chiều hướng trình hóa học, hóa lí I Một số khái niệm nhiệt động học 1.1 Hệ môi trường Hệ thống Nhiệt động (gọi tắt Hệ): vật hay nhóm vật gồm số lớn nguyên tử phân tử (một phần vũ trụ) lấy để nghiên cứu Phần cịn lại gọi mơi trường Ranh giới hệ mơi trường thực tưởng tượng Hệ cô lập: hệ không trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi Ví dụ: Nước đựng phích kín (với giả thiết phích kín hồn tồn) I Một số khái niệm nhiệt động học 1.1 Hệ mơi trường Hệ đóng (hệ kín): hệ khơng trao đổi chất có trao đổi lượng với mơi trường ngồi Ví dụ: Phản ứng trung hồ xảy bình thuỷ tinh, coi nước không bay Hệ mở (hệ hở): hệ có trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi qua ranh giới Ví dụ : Cơ thể sinh vật hệ hở I Một số khái niệm nhiệt động học 1.2 Các thông số nhiệt động Các yếu tố áp suất (P), nhiệt độ (T), thể tích (V), số mol (n) xác định trạng thái nhiệt động gọi thông số nhiệt động (Thông số nhiệt động đại lượng vĩ mơ) Có loại thơng số nhiệt động: thông số cường độ thông số khuếch độ I Một số khái niệm nhiệt động học a Thông số cường độ Thông số nhiệt động khơng phụ thuộc vào khối lượng, kích thước hệ, đặc trưng cho trạng thái chuyển động phần tử hệ gọi thơng số cường độ Nó khơng có tính chất cộng tính Thí dụ: P, To, điện thế… (Phệ = P1 = P2 =….= Pi) Chú ý: Riêng hệ khí lý tưởng Phệ = i Pi Khi P trở thành thơng số khuếch độ.(Theo Dalton) b Thông số khuếch đô Thông số phụ thuộc vào khối lượng, kích thước hệ gọi thơng số khuếch độ Nó có tính chất cộng tính Ví dụ: Khối lượng (m), thể tích(v), số mol, diện tích mhệ = imi I Một số khái niệm nhiệt động học 1.3 Hàm trạng thái Hàm trình Quá trình nhiệt động Hàm trạng thái: Một hàm số nhiệt động mà biến đổi phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào diễn biến trung gian gọi hàm trạng thái Về mặt tốn học, hàm trạng thái X có biến thiên vơ nhỏ vi phân tồn phần, kí hiệu dX Trong trình từ trạng thái đến trạng thái 2, biến thiên hàm tính theo công thức: dX = X − X = X (1) Trong chu trình, biến thiên khơng Hàm q trình: đại lượng xuất q trình Vì vậy, phụ thuộc vào trình Cùng từ trạng thái sang trạng thái theo trình khác hàm q trình có giá trị khác Trong nhiệt động học hai hàm trình quan trọng công (W, A) nhiệt (Q) I Một số khái niệm nhiệt động học Quá trình nhiệt động Quá trình chuyển hệ từ trạng thái đến trạng thái khác ta nói hệ thực q trình • Q trình đẳng tích: q trình xảy thể tích khơng đổi • Quá trình đẳng áp : trình xảy áp suất khơng đổi • Q trình đẳng nhiệt : q trình xảy nhiệt độ khơng đổi • Q trình đoạn nhiệt : q trình xảy khơng có trao đổi nhiệt với mơi trường I Một số khái niệm nhiệt động học 1.4 -Nội năng- Công - Nhiệt a-Nội (E hay U): Năng lượng hệ gồm phần: + Động năng: có hệ chuyển động + Thế năng: có hệ nằm trường trọng lực + Nội năng: đại lượng bao gồm toàn lượng dạng chuyển động có hệ Đó lượng dạng chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, chuyển động dao động phân tử, nguyên tử, e hạt nhân nguyên tử Không thể đo giá trị tuyệt đối cuả nội Người ta xác định biến thiên nội (U=Ucuối - Uđầu hay ∆E= Ecuối - Eđầu) q trình thơng qua đại lượng nhiệt động khác (nhiệt Q công A (W)) 10 Tính tẩy rửa ➢ Khi cho chất hoạt động bề mặt vào nước, sức căng bề mặt giảm, dung dịch tẩy rửa dễ thấm ướt vải sợi bề mặt rắn khác, dễ thấm vào mao quản vải sợi bẩn ➢ Khi dung dịch ngấm vào vải, phần kị nước chất hoạt động bề mặt hấp phụ hạt dầu mỡ, phần ưa nước chất hoạt động bề mặt hướng dung dịch nước Chính định hướng chất hoạt động bề mặt tạo áp suất tách vết bẩn dầu mỡ khỏi vải vào dung dịch tẩy rửa Tính tẩy rửa ➢ Các chất hoạt động bề mặt giúp cho việc phân tán vết bẩn dầu mỡ dạng nhũ tương, ngăn không cho vết bẩn bám trở lại bề mặt tẩy rửa việc ngăn ngừa tái bám hạt dầu mỡ hấp phụ lớp chất hoạt động bề mặt ( thường anion), mặt khác phân tử chất hoạt động bề mặt hấp phụ bề mặt vải, đầu ưa nước hướng ngoài, hạt bẩn bề mặt vải tích điện dấu đẩy Hơn nữa, đầu phân cực chất hoạt động bề mặt có khả hydrat hóa mạnh, chính vậy, hạt bẩn tách khỏi vải tái bám trở lại bề mặt vải Lưu ý, bề mặt vải hạt thường tích điện âm nên chất hoạt động bề mặt anion không ion hiệu chất hoạt động bề mặt cation 6.5 Tính bền hệ keo - Hệ keo thường không bền nhiệt động, lượng tự bề mặt hệ keo lớn nhiều so với thể tích pha => hệ keo có xu hướng chuyển trạng thái có mức lượng thấp dGS = σdS < Với σ sức căng bề mặt => Như hạt keo có xu hướng tập hợp lại (giảm diện tích bề mặt) 24 Theo thuyết DLVO (B Derjaguin, L Landau and E Verwey, J.T.G Overbeek) hai hạt keo cách khoảng cách R tồn cân lực đẩy (giữa ion trái dấu) lực hút phân tử Khi lực ion lớn, lớp khí ion dày đặc, hạt kết lại với khoảng cách cân (cực tiểu lượng) => tượng gọi kết tụ (flocculation) Sự kết tụ thuận nghịch hạt keo có thể tái phân tán trở lại cách khuấy động dung dịch Khi hạt keo tiến đến gần hơn, lực van der Waals chiếm ưu so lực đẩy tĩnh điện, hạt keo gắn kết lại thành hạt lớn tượng keo tụ (coagulation) Keo tụ q trình khơng thuận nghịch hạt vượt qua hàng rào năng! Tương tác các hạt theo khoảng cách 27 Sự keo tụ • Hạt keo bị keo tụ chất điện li có điện tích trái dấu với nhân keo • Điện tích ion trái dấu lớn keo tụ mạnh • Ngưỡng keo tụ γ (gamma): nồng độ tối thiểu chất điện li (mmol/l) gây keo tụ hệ keo Qui tắc Schulze–Hardy Hiện tượng keo tụ gây ion ngược dấu với nhân keo tỉ lệ với điện tích ion Ví dụ hạt keo âm, khả gây keo tụ giảm dần theo dãy Al3+ > Ba2+ > Na+ 𝛾= 𝑎 𝑍6 33 BTAD 6.4 Các chất điện li đây, chất có khả gây keo tụ Fe(OH)3 mạnh nhất? a/ Al2(SO4)3 b/ NaCl c/ ZnCl2 d/ AgNO3 34 .. .KHOA HĨA HỌC BÀI GIẢNG Chương Nhiệt động hóa học Giảng viên: TS Nguyễn Văn Mỷ Nhiệt đơng hóa học (Thermodynamics): ❑ Nhiệt động học môn khoa học nghiên cứu quy luật điều... biến đổi nhiệt thành dạng lượng khác biến đổi qua lại dạng lượng ❑ Nhiệt động học hoá học khoa học nghiên cứu ứng dụng nhiệt động học vào hố học để tính tốn thăng lượng rút số đại lượng làm tiêu... có: Qp= U + pV Thay U = U2-U1; V= V2-V1 ta có: Qp= U2-U1+p(V2-V1) Qp=U2+ pV 2-( U1+ pV1) Đặt U + pV = H gọi Enthalpy Khi đó: Qp= H2-H1 = H (6) Như phản ứng hóa học thường thực đk áp suất khí