CHƯƠNG 3:
NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ CÂN
BẰNG HÓA HỌC
TS. Võ Nguyễn Xuân Quế
NỘI DUNG
1. Ôn tập các khái niệm cơ bản, hàm trạng thái và các định
luật nhiệt động lực học
2. Ứng dụng lý thuyết nhiệt động học để xác định điều kiện
cân bằng cho các quá trình hóa học
3. Ví dụ minh họa
KHÁI NIỆM
Nhiệt động lực học giúp cung cấp các thông tin chính:
1. Khả năng phản ứng tự xảy ra hay không: phản ứng có thể tự xảy ra trong
điều kiện cụ thể (không cần năng lượng đầu vào)
2. Thành phần của một hệ phản ứng ở trạng thái cân bằng
Hệ - Pha
1. Hệ kín; Hệ mở;Hệ cô lập;Hệ đoạn nhiệt
2. Hệ đồng thể;Hệ dị thể
Định luật nhiệt động giúp dự đoán được thành phần của các hệ kín,
hệ cô lập và hệ đoạn nhiệt. Riêng đối với hệ mở (có trao đổi vật
chất), cần thêm thông tin về tốc độ dòng vật chất vào/ra và tốc độ các
phản ứng trong hệ.
KHÁI NIỆM
Một hệ mở được xem như hệ đóng nếu tốc độ trao đổi vật chất với môi
trường chậm so với tốc độ phản ứng hóa học đang diễn ra hướng đến trạng
thái cân bằng trong hệ .
Hệcác phản ứng axit-bazơ vô cơ trong nước tự nhiên có thể được xem là một hệ
kín, với trạng thái cân bằng được dự đoán bằng các định luật nhiệt động học.
Hệ phản ứng của các hợp chất hữu cơ phân hủy chậm (PCBs) trong nước tự
nhiên không được xem là một hệ kín.
Do đó, các nguyên lý nhiệt động lực học không được áp dụng cho tổng thể
các lưu vực tự nhiên, nhưng chúng được áp dụng cho các thành phần hóa
học riêng trogn nước đáp ứng giả thiết liên quan đến hệ kín theo nguyên lý
nhiệt động học.
Trạng thái ổn định theo thời gian của hệ:
Hệ kín – trạng thái cân bằng (equilibrium state) – định nghĩa nhiệt động học
Hệ mở -trạng thái ổn định (steady state) – định nghĩa động học
KHÁI NIỆM
Thông số nhiệt động và hàm trạng thái
Các loại thông số để định nghĩa tính chất cân bằng của một hệ:
Thông số nhiệt động (fundamental variables)
Hàm trạng thái (thermodynamic functions of state)
Có 2loại thông số nhiệt động:
Thông số phụ thuộc vào kích thước/số lượng chất (intensive
properties): thể tích (V), số mol (n)
Thông số không phụ thuộc vào kích thước/số lượng chất (extensive
properties): nhiệt độ (T), áp suất (P)
Hàm trạng thái của một hệ là đại lượng mà biến thiên của nó chỉ
phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, mà
không phụ thuộc vào quá trình biến đổi của hệ.VD:năng lượng
Các hàm trạng thái của hệ phản ứng (extensive properties): nội năng
(E), enthalpy (H), entropy (S), năng lượng tự do Gibbs (G)