Chemische Thermodynamik: Grundlagen
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- Stanislaus Messner
- vor 8 Jahren
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1 Cheische herodynai: Grundlagen Marosoische Größen aros. Obserable in aros. Syste Intensie Größen (engenunabhängig): Druc eeratur Magnetfeld H r Magnetisierung M r Eletrisches Feld E r... Etensie Größen (engenabhängig) oluen Masse Wäre Q Arbeit W Innere Energie U Entroie S... Übergang zu intensien Größen olare Größen: Mol Stoffenge, welche die gleiche Zahl on eichen enthält wie,0000 g des Kohlenstoff-ulids C Aogadrozahl / Loschidtsche Zahl: A L 6,04 0 ol - Molare Größe on Φ: Φ : Φ/n it n Molzahl des Stoffes s: Molasse M / n Mololuen /n M/ M/ρ Physialische Cheie: Einstoffsystee - - Hoee, 00
2 egriffe Reiner Stoff: - esteht aus (ielen) gleichen Atoen, Moleülen oder zugeordneten Ionen. (technisch rein >96%, reinst > 99%) Hohoogener Stoff: - Hat in jede eilgebiet die gleiche che. Zusaensetzung und hysialischen Eigenschaften. Phase: - eilgebiet eines Stoffes in welche er hoogen ist. Reine Phase: - Phase, welche nur einen Stoff (und dessen Dissoziationsrodute) enthält Mischhasen: - Phase, welche aus ielen erschiedenen (hoogen erteilten) Stoffen esteht. Syste: - eilbereich der Ugebung, räuliche Eingrenzung. Abgeschlossenes Syste: - einerlei Austausch (Wäre, Arbeit, Energie, Stoff) it der Ugebung öglich. Geschlossenes Syste: - ein Stoff-, aber Energieaustausch it Ugebung öglich. Offenes Syste: - Stoff- und Energieaustausch it Ugebung öglich Physialische Cheie: Einstoffsystee - - Hoee, 00
3 Zustandsrau (Phasenrau) Syste it n unabhängigen Größen / ariablen R n s.: R und R : Zustand durch einen Punt i R n ollständig definiert. R n dargestellt als Hyerfläche i R n+ Hier: ur zwei unabhängige ariable (z.. und ) Zustandsrau Fläche ariable ist it und eindeutig festgelegt! (soweit Zustandsgleichung auflösbar, ist Wahl der unabhängigen ariablen beliebig, gl. id. Gas) Physialische Cheie: Einstoffsystee - - Hoee, 00
4 Zustandsgröße Zustandsgröße: Linienintegral wegunabhängig: d d d WEG I WEG II d WEG III bzw.: d 0 es eistiert für (, ) ein totales Differential it d d + d Allgeein für Zustandsgröße Φ(,,.., n ): Φ Φ Φ dφ d d n i i i n d n ( Gegenbeisiel: oluenarbeit W: δw -d ) Physialische Cheie: Einstoffsystee Hoee, 00
5 a) Gesetz on oyle Mariotte: const. b) Gesetz on Charles: Das ideale Gas const. ( Θ + 7,5 C) oder 0 ( + α Θ) it α 7,5 C Mit : Θ +7,5 C sind die Isobaren i - Diagra Ursrungsgeraden. Da das oluen 0 sein uss, erscheint die Definition on als absolute eeratur [K] sinnoll. c) Gesetz on Aogadro: const. n Zusaenfassung on a), b) und c) const. n (Gase haben bei gleiche Druc und eeratur das gleiche Mololuen,4 Liter/ol. ) gelingt it der uniersellen Gasonstante R R Zustandsgleichung des idealen Gases: nr R Molare Gasonstante: R R 8,45 J/olK ( R R 0,0845 bar l /olk ) Physialische Cheie: Einstoffsystee Hoee, 00
![Da das oluen 0 sein uss, erscheint die Definition on als absolute eeratur [K] sinnoll. c) Gesetz on Aogadro: const.](/docs-images/53/13397146/images/page_5.jpg "n Zusaenfassung on a), b) und c) const. n (Gase haben bei gleiche Druc und eeratur das gleiche Mololuen,4 Liter/ol.")
6 Zustandsfläche des idealen Gases für n const. (bzw. n ) Zustandsdiagrae als Schnitt durch Zustandsfläche: const. const. const. Isotheren : Isochoren: Isobaren: (, ), (, ), (, ), (, ), (, ), (, ), Physialische Cheie: Einstoffsystee Hoee, 00
7 Kinetische Gastheorie In Zeit t erreicht jedes. eilchen it > 0 aus * l* A Wand A Zahl der Stöße * A t Iulsübertragung ro Stoß: (wegen - ) Kraft F i /t auf Wand: A t A t t F Druc F/A : Statisti + Isotroie: in E oltzann: E in R n n A Physialische Cheie: Einstoffsystee Hoee, 00
8 Gleicherteilungssatz I Mittel erteilt sich die inetische Energie eines Systes gleichäßig auf alle orhandenen Freiheitsgrade f, so dass auf jeden Freiheitsgrad ½ fällt, d.h.*: E in f -atoiges Gas: -atoiges Gas (z.. ) : (tiefe eeratur) -atoiges Gas (z.. ) : (hohe eeratur) ranslation f ranslation Rotation f 5 ranslation Rotation Schwingung ( ) f 7 n-atoiger Festörer: Schwingung ( ) f 6 *) Waru diese Annahe sinnoll ist, erlärt sich it Hilfe der Statisti bzw. Wahrscheinlicheitsbetrachtung, gl. hierzu säter auch die statistische Interretation der Entroie: Gleicherteilung - Wäreleitung - Entroie?! Physialische Cheie: Einstoffsystee Hoee, 00
9 Mawellerteilung Ausführliche (irosoische) Statisti f ( ) 4π π e f(, 00. K) 0.00 f(, 000. K) Wahrscheinlichste Geschwindigeit: (Maiu der Kure) d d! f ( ) 0 w R M Mittlere Geschwindigeit: 0 f ( ) d 8R πm Mittlere Quadratische Geschwindigeit: 0 f ( ) d R M Physialische Cheie: Einstoffsystee Hoee, 00
8. Wärmelehre. 8.1 Temperaturskala 1 = 2. kinetische und potentielle Energie, die ein System bei Temperaturänderung aufnimmt oder abgibt
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