Základy termodynamiky Stabilita a dynamika přírodních systémů Principy • Celá termodynamika vychází ze dvou empiricky zjištěných principů, které není možné odvodit ze žádných „základnějších“ vztahů nebo zákonů. Není zřejmé, proč tomu tak je, proč „Příroda“ tyto principy dodržuje. • Tyto dva principy, označované jako zákony, jsou formulovány následovně: – energie systému zůstává konstantní pokud není změněna prací nebo přenosem tepla (princip „konzervace“ nebo „zachování“ energie) – celková neuspořádanost v průběhu procesů roste Základní pojmy • Práce je vykonávána nějakým procesem v případě, kdy může být v principu tento proces použit pro změnu výšky závaží. • Energie systému je jeho potenciální schopnost konat práci. • Energie systému může být změněna nejen prací. Pokud se změní energie systému tokem tepla mezi systémem a jeho okolím v důsledku rozdílu jejich teplot, pak byla energie přenesena v podobě tepla. První zákon Vnitřní energie Objemová práce Entalpie Dosazením za vnitřní energii Tepelné kapacity Za konstantního tlaku Tepelné kapacity Systém a jeho okolí Druhý zákon Entropie Celková změna entropie Proces Třetí zákon dS ® 0 pro T ® 0 Vznik uspořádaných stavů Gibbsova funkce Gibbsova funkce Gibbsova funkce Gibbsova funkce Závislost Gibbsovy funkce na teplotě Závislost Gibbsovy funkce na složení Závislost chemického potenciálu na složení Reálné kapalné roztoky Souhrn Souhrn Stabilita a procesy Stabilita • za daných podmínek se systém snaží dosáhnout maximální celkové entropie, tedy minimální hodnoty Gibbsovy funkce • za rovnováhy jsou hodnoty molárních Gibbsových funkcí tedy chemických potenciálů jednotlivých složek v celém systému stejné bez ohledu na to, v jakých fázích se vyskytují Porovnání celkových entropií Principiální uchopení Celkové entropie systému s H[2]O Porovnání entropie systému při krystalizaci Důležité pojmy Fázový diagram Závislost stability fází a teplotě a tlaku Závislost stability fází a teplotě a tlaku Konstrukce fázových hranic Fázové hranice Konstrukce fázového diagramu Konstrukce fázového diagramu Systémy s proměnlivým složením fází • chemické reakce • pevné, kapalné a plynné roztoky A + 2B ↔ 3C + 2D A + 2B ↔ 3C + 2D Reakční Gibbsova funkce Důležité rovnovážné konstanty Rovnovážné konstanty Diagramy Diagramy