Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu tài liệu:Chương I - Mở đầuChương II - Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực họcChương III - Nhiệt hoá học, Áp dụng nguyên lý thứ nhất vào quá trình hoá họcChương IV - Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực họcChương V - Sự kết hợp nguyên lý thứ nhất và thứ hai của nhiệt động lực học, hàm nhiệt động, điều kiện tổng quát về cân bằngChương VI - Hệ một cấu tử
NGUYEN DiNH HUE GIAO TRINH HOA Li TAPI CO SO NHIET DONG LUC (Tái lần thứ tư) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC HOC LỜI GIỚI THIỆU Cố Giáo sư Nguyễn Đình Huẻ nhà giáo mẫu mực, nhà Hóa học uyên thâm có nhiều đóng góp giáo dục nước nhà hình thành , phát triển Hóa học 1í thuyết Hóa lí nói riêng, Hóa học nói chung Các giáo trình Hóa lí di sản quý báu mà cố Giáo sư Nguyễn Đình Huề để lại cho hệ mai sau Nhân địp kỉ niệm 80 năm ngày sinh, 10 năm ngày Thây, ủng hộ Nhà xuất Giáo dục quan hữu quan, Giáo trình Hóa lí gồm hai tập tái Đây giáo trình khơng thể thiếu đào tạo cử nhân khoa học Hóa học Để giáo trình cập nhật, Tiến sĩ Trần Hiệp Hải giúp chỉnh 1í hệ đơn vị theo SI, he thống dấu chấp nhận theo nhiệt động lực học Chúng xin trân trọng cảm ơn giới thiệu quý vị Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2000 PGS TS Trần Thành Huế Chủ nhiệm Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội §1 ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ GIÁ TRỊ CỦA MÔN HỌC Đối tượng Nhiệt động lực học Chuyển động hoc - di chuyển — 14 dang van động đơn giản vật chất, quy luật đối tượng nghiên cứu học Những tượng gây tác dụng tập hợp số lớn phân tử hay tiểu phân khác chuyển động độn không ngừng cấu tạo nên vật vĩ mơ (tức vật gồm nhiều tiểu phân) có tính chất khác Nhờ có số lớn tiểu phân nên chuyển động hỗn độn chúng đạt tính chất Ở ta có thí dụ đặc sắc chuyển biến chúng từ lượng sang chất ; tăng số tiểu phân chuyển động học vật làm phát sinh dạng mới, dạng nhiệt vận động vật chất Dạng vận động nhiệt nghiên cứu theo hai phương pháp tùy khác nhau, phương pháp nhiệt động phương pháp thống kê, theo khơng kể hay có kể đến chất động học phân tử vật Phương pháp thứ dùng nhiệt động lực học (Địa ngành vật lí lí thuyết nghiên cứu dạng vận động nhiệt vật chất quy luật dạng vận động này, khơng xuất phát từ thuộc tính cấu tạo phân tử riêng rẽ, dựa nguyên lí định luật thực nghiệm khác nhiệt động lực học, cân, sử dụng quan niệm phân tử mức định tính Nội dung nhiệt động lực học là: 1) nghiên cứu quy luật chuyển hóa lẫn dạng lượng khác nhau, có liên quan với chuyển lượng vật dạng nhiệt công ; 2) nghiên cứu quy luật vận động nhiệt hệ nằm trạng thái cân hệ chuyển sang trạng thái cân (1) Nhiệt động lực học (thermodynamique) thường gọi tắt nhiệt động học Trong lịch sử, trước yêu cầu thúc bách sức sản xuất, nhiệt động lực học xuất ngành nghiên cứu chuyển nhiệt công (máy nước) Vẻ sau, dạng khác lượng (điện, từ, hóa học, bể mặt, đựa vào lĩnh vực nghiên cứu nhiệt động lực học không nghiên cứu nhiên, tượng khác, xạ, ) dân đân động lực học Như vậy, nhiệt tượng nhiệt, tiến hành nghiên cứu theo quan điểm đặc điểm dạng vận động nhiệt Cơ sở Nhiệt động lực học Nhiệt động lực học xây dựng thành môn độc lập vào khoảng kỉ 19, chủ yếu dựa vào hai định luật thường gọi nguyên lí thứ thứ hai nhiệt động lực học Hai ngun lí tổng qt hóa kinh nghiệm nhiều kỉ loài người Cả hai thừa nhận tiên để chứng minh lí thuyết đắn chúng xác nhận chỗ không hệ rút cách lơgích từ những, nguyền lí mà mâu thuẫn với thực nghiệm Ngun lí thứ (Hetxơ, Jun, Maye, Hemhon) biểu thị mặt định lượng định luật bảo tồn chuyển hóa lượng hệ vĩ mơ có liên quan đến tượng nhiệt Ngun lí thứ hai (Cacnơ, Claudiuxơ, Tomxơn) định luật entrôpi, cho phép xác định chiều diễn biến trình tự nhiên điều kiện cân nhiệt động Hai nguyên lí đủ để xây dựng sở cho nhiệt động lực học cho ứng dụng vô phong phú mơn Phụ thêm vào chúng cịn có định !í nhiệt Necxơ, Plăng phát triển thêm, thường coi nguyên lí thứ ba nhiệt động lực học, xây dựng đầu kỉ 20 Nó khơng có tính tổng qt hai nguyên lí cần cho nhiều tính cân hóa học Cịn có định luật thực nghiệm, đơi gọi “ngun lí số khơng” nhiệt động lực học, theo định luật này, hai vật riêng rẽ mà cân nhiệt với vật thứ ba chúng cân nhiệt với Định luật sở cho xây dựng thang nhiệt độ khác Nhiét dong luc hoc 1a m6t khoa hoc suy điễn : sở nguyên lí định luật thực nghiệm khác, rút tốn học tính quy luật, hệ cho trường hợp riêng Công cụ Tàm việc phương pháp chủ trình dùng chủ yếu kỷ 19 phương pháp nhiệt động GipXơ xây - dựng cuối kỷ 19 phương pháp chiếm ưu Nhiệt động lực học hóa học học, phận quan trọng hóa lí, hệ đạng nhiệt dạng hóa học dụng phát triển ngun lí định vào q trình hóa học hóa lí Một nhiệm vụ nhiệt động lực học hóa học phải giải câu hỏi : Trong điêu kiện đó, phản ứng hóa học tự điễn hay khơng ? Đó Nhiệt động lực học nghiên cứu mối vận động vật chất Nó luật nhiệt động lực hóa liên vận học vấn dé “ái iực hóa học" mà nhà hóa học ý từ ' lâu; Vấn để giải đắn dựa vào nguyên lí thứ hai nhiệt động lực học Mặt khác phản ứng diễn được, diễn giới hạn nào, đừng lại, điều kiện cân ? Các yếu tố bên ngồi có ảnh hưởng nhữ lên cân phản ứng ? v.v Giá trị sức mạnh nhiệt động lực hóa học chỗ nhiều, khơng cần phải làm thí nghiệm - thường tốn tiên hồn tồn dựa vào hiệu ứng lượng biết q trình hóa học mà tính tốn trả lời câu hỏi câu hỏi tương tự khác Trong hóa học, người ta biết khơng thi du vé su lang phi công không nắm vững đầy đủ định luật nhiệt động lực học hóa học Thí dụ: Sự khử FezOa CO lị cao biểu thị phương trình tổng quất: Fe203 +3CO = 2Fe+3CO2 Khí ống khói cịn chứa nhiều CO Thoat đầu, người ta cho nguyên nhân khử khơng hồn tồn lị khơng đủ cao nên thời gian tiếp xúc CO quặng sắt bị hạn chế Do người ta làm tăng kích thước lị cao Nhưng thành phần CO khí khơng giảm Mãi sau, nhờ phép tính nhiệt động lực học hóa học, người ta điều kiện lò cao, phản ứng khử nói đến có mặt CƠ với lượng điều không tránh Nếu đơn hiểu diễn lớn khí xây lị cho cao khơng giải vấn đề, mà cần phải tìm hướng giải khác (thí dự ghép với phẩn ứng khác tiêu thụ CO lò cao).‹ Những đặc điểm phương pháp nhiệt động áp dụng vào hóa học 'Tính chất đơn giản tiện lợi áp dụng nhiệt động lực học vào hóa học chỗ luận điểm khơng phụ thuộc vào tình trạng hiểu biết ta cấu tạo chất chế q trình hóa học Đối với nhiệt động lực học, cần biết trạng thái đầu cuối hệ điều kiện bên ngồi có ảnh hưởng đến diễn biến q trình Chính nhờ thế, người ta thiết lập từ lâu định luật chấn phản ứng hóa học, trước biết rõ chế nội phân ứng hồn tồn khơng lệ thuộc vào thay đổi quan niệm chế Nói chung, để giải nhiều tính quan trọng thực tế, cần phương pháp nhiệt động đủ Điều làm cho nhiệt động lực học có ưu định so với thuyết phân tử thống kê phức tạp nhiều Tuy nhiên, tính tượng luận nhiệt động lực học tức tính khơng liên quan với chất động học phân tử quy luật nghiên cứu, làm cho có mặt ưu đồng thời bộc lộ mặt hạn chế : nhiệt động lực học khơng có khả sâu vào chất đại lượng tượng khảo sát Để cho việc khảo sát toàn diện đầy đủ hơn, cần phải áp dụng phương pháp thống kê M.V Lômônôxôp (1711 - 1765) “Nhà bác học Nga vĩ đại Mikhai Vaxilievich Lômônôxôp người kiên bác bỏ thuyết "chất nhiệt" hay "nhiệt tố" (phlogistiqne) thuyết thống trị thời xem nhiệt thứ chất đặc biệt, tỉnh tế, khơng trơng thấy được, khơng có trọng lượng, bay đun nóng hay đốt cháy vật Trong số sách ta gặp danh từ "đự trữ nhiệt chứa vật” "sự tăng nhiệt vật” v.v Đó di sản cịn rơi rớt lại thuyết "chất nhiệt” Thậm chí ta dùng danh từ "nhiệt dung" "ấn nhiệt" (ẩn nhiệt bay hơi, nóng chảy v.v ), danh từ có ngụ ý khơng nhiệt chứa vật Quan điểm nguyên tử phân tử Lơmơnơxóp khiến ơng tới kết luận đắn chất động học phân tử nhiệt Trong luận văn “Suy nghĩ vẻ nguyên nhân nóng lạnh" (1744), ông khẳng định nhiệt chuyển động nội phân tử cấu tạo nên vật Ơng kiên trì bảo vệ quan điểm Trong cơng trình "Bàn tính rắn tính lỏng vật" “Trước tiên, chứng minh (trong luận văn "Suy nghĩ lạnh") lửa sơ đẳng Aristơt chất nhiệt nói nhà thông thái mới, điều bịa đặt (1760) ơng lại viết : ngun nhân nóng đặc biệt — theo cách khẳng dịnh lửa nhiệt chẳng qua chuyển động quay tiểu phân, đặc biệt chất tạo VẬI " 10 Quan điểm chất động học nhiệt lại cho phép Lômônôxôp xác định cần thiết phải có "một độ lạnh lớn cuối cùng” ng với ngừng hoàn toàn chuyển động quay tiểu phân” Cũng quan điểm giúp Lơmơnơxốp xác lập nhiệt khơng thể truyền tự nhiên từ vật lạnh sang vật nóng hơn, điều ngày trọng dạng phát biểu nguyên lí thứ hai nhiệt động lực học Năm 1748, thư viết cho Ởle (Euler), Lômônôxôp để ý kiến vẻ định luật bảo tồn chất mở rộng “nó thành định luật bảo toàn chất chuyển động vật chất Ông viết : "một vật làm cho vật khác chuyển động va chạm bị lượng chuyển động lượng chuyển động mà truyền cho vật kia" Định luật bảo tồn Lơmơnơxơp "xuất phát từ thừa nhận tính vật chất tự nhiên thể tính vĩnh cửu tính bất điệt vật chất chuyển động, thể biện liên hệ lẫn thy thuộc lẫn tượng tự nhiên Định luật bảo toàn Lômônôxôp mốc để tới định luật bảo tồn chuyển hóa lượng mà nguyên lí thứ nhiệt động lực học biểu thức định lượng Nghiên cứu vẻ thuộc tính khí, Lơmơnơxớp thiết lập áp suất lớn, định luật Bơilơ khơng cịn áp dụng cho khơng khí Trong lĩnh vực dung dịch, Lômônôxôp nghiên cứu tỏa nhiệt hấp thụ nhiệt hình thành dung dịch, nghiên cứu độ tan phụ thuộc độ tan muối vào nhiệt độ, nghiên cứu kết tình nhiều tượng khác Ơng người tìm thấy băng điểm dung dịch thấp dung môi nguyên chất Trên sở nhiều cơng trình nghiền cứu có kết mình, Lơmơnơxóp xây dựng giáo trình Hóa lí giới Trong báo cáo hàng năm gửi Vien Han lâm khoa học (1751), ông cho biết "giảng cho sinh viên Cơ sở Hóa lí lên lớp cho sinh viên tuần bốn giờ" Các học có kèm theo thí nghiệm chứng minh Lơmơnơxơp Viện sĩ Viện Hàn jam khoa học Nga, Thụy Điển nhiều viện Hàn lâm khác Nhờ sáng kiến vận động bên bỉ Lômônôxôp, lần nước Nga mỡ trường Đại học Tổng hợp Matxcova, ngày mang tên ông (1) Nghĩa nhiệt độ thấp mà ngày ta gọi độ không tuyệt đối (2) K,Phataliep, Về khẳng hoằng chủ nghĩa vật máy móc vật 1í Bản tìn trường Đại học Tổng hợp Lômônôxôp Matxcơva, số 10, năm 1952, tr 24 (tiếng Ngã) 11 ... tượng khác, xạ, ) dân đân động lực học Như vậy, nhiệt tượng nhiệt, tiến hành nghiên cứu theo quan điểm đặc điểm dạng vận động nhiệt Cơ sở Nhiệt động lực học Nhiệt động lực học xây dựng thành môn... vào q trình hóa học hóa lí Một nhiệm vụ nhiệt động lực học hóa học phải giải câu hỏi : Trong điêu kiện đó, phản ứng hóa học tự điễn hay khơng ? Đó Nhiệt động lực học nghiên cứu mối vận động vật... trình dùng chủ yếu kỷ 19 phương pháp nhiệt động GipXơ xây - dựng cuối kỷ 19 phương pháp chiếm ưu Nhiệt động lực học hóa học học, phận quan trọng hóa lí, hệ đạng nhiệt dạng hóa học dụng phát triển