Навігація
Головна
 
Головна arrow Техніка arrow БІОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ МЕДИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Переглянути оригінал

ОСНОВНЕ ТЕРМОДИНАМІЧНЕ НЕРІВНІСТЬ. ЕНЕРГІЯ ГІББСА

Перший початок термодинаміки (5.2) можна записати в диференціальної формі:

Підставляючи (5.3) в (5.5), отримаємо нерівність

зване основним термодинамічних нерівністю.

Роботу -dW системи можна представити у вигляді суми корисної роботи -dW ' системи і роботи розширення pdV, пов'язаної зі збільшенням обсягу системи:

Після об'єднання виразів (5.6) і (5.7) запишемо нерівність виду

Відповідно до (5.4В) при р, Т - const права частина нерівності дорівнює убутку енергії Гіббса -dG системи: -dG = -d (E + + pV-TS). Звідки випливає співвідношення

згідно з яким робота, що здійснюються системою в ізобарноізотерміческом процесі, не перевищує убутку енергії Гіббса системи в цьому процесі.

Співвідношення (5.8) можна розглядати як формулювання другого закону термодинаміки для ізобарно-ізотермічних процесів. Такі процеси характерні і для живих систем.

ХІМІЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ

Енергія Гіббса (ізобарно-ізотермічний потенціал, вільна ентальпія, вільна енергія Г Іббсе) являє собою характеристичну функцію G (p, Т, п, ..., п до ) термодинамічної системи, де тиск р, температура Т, кількість речовин в системі п , «2, ..., п до - незалежні параметри.

Якщо система є закритою, то хімічний склад (щ, пг, п до ) з огляду на його сталості можна не включати явно в термодинамічний опис.

У відкритій системі хімічний склад може змінюватися, тому необхідно вводити нові змінні - концентрації (xi, Х2) або кількість (п, «2) речовин Х ь Х 2 даного виду.

Енергія Гіббса пропорційна числу частинок в системі і використовується для опису відкритих систем, в яких можливий обмін речовиною з навколишніми тілами.

Хімічним потенціалом речовини X в даній системі називається величина, яка визначається енергією Гіббса, що припадає на моль цієї речовини при заданих умовах:

де р (Х) - хімічний потенціал речовини X, Дж / моль; G (X) - енергія Гіббса речовини X в термодинамічній системі, Дж; п (Х) - кількість речовини X у цій системі, моль.

Якщо система складається з декількох компонентів Xi, Х2, ..., X * в кількості п ^, л *, то енергія Гіббса термодинамічної

системи визначається наступним чином:

Для системи з багатокомпонентним складом повний диференціал енергії Гіббса дорівнює сумі приватних диференціалів:

Оскільки енергія Гіббса - характеристична функція системи, через неї можна отримати всі інші термодинамічні параметри. Таким способом встановлюють зв'язок енергії Гіббса з іншими термодинамічними функціями стану і макроскопічними параметрами системи:

Звідси випливає, що обсяг - величина, яка визначається збільшенням енергії Гіббса на одиницю тиску при постійній температурі і кількості речовини.

Відповідно хімічний потенціал є парциальную енергію Гіббса і вимірюється приростом dG / dn k цієї функції стану системи при зростанні кількості речовини (числа молей) даного до- го хімічного компонента системи на 1 моль.

Для відкритої системи можна записати:

При р, Т = const збільшення енергії Гіббса відбувається тільки в результаті зміни складу системи:

Хімічний потенціал визначає напрямок руху компонентів в ході різних процесів, що відбуваються в системі. Наприклад, при дифузії відбувається робота, яка визначається через різницю хімічних потенціалів: (Г ДІ ф = dn (i 2 ~ Р |) •

У рівноважному стані хімічні потенціали в різних частинах гетерогенної системи рівні.

Приріст енергії Гіббса в хімічній реакції виду

визначається наступним чином (В, D - реагенти; Q, R - продукти; b, d, q, r- стехіометричні коефіцієнти).

Для / -го компонента X, системи енергія Гіббса пропорційна хімічним потенціалом і кількістю даного типу речовини:

Сумарна енергія Гіббса реагентів системи (1 - початковий стан)

сумарна енергія Гіббса продуктів (2 - кінцевий стан)

Тоді приріст енергії Гіббса в хімічній реакції визначається зі співвідношення

Якщо речовина X, знаходиться в розчині, то його хімічний потенціал залежить від концентрації розчину і природи речовини. Аналіз експериментальних даних показує, що ця залежність носить логарифмічний характер:

де ро (Х) - стандартний хімічний потенціал речовини X при концентрації, що дорівнює одиниці; величина, постійна для даної речовини і не залежить від концентрації; R - універсальна газова постійна; с (Х) - молярна концентрація речовини X, моль / л.

Залежність хімічного потенціалу речовини X ц (Х) від його молярної концентрації с (Х)

Мал. 5.2. Залежність хімічного потенціалу речовини X ц (Х) від його молярної концентрації с (Х)

На рис. 5.2 приведена залежність хімічного потенціалу р (Х) речовини X від його молярної концентрації с (Х). З залежності випливає, що хімічний потенціал монотонно зростає зі збільшенням концентрації речовини в термодинамічній системі. Властивості хімічного потенціалу подібні властивостями електричного потенціалу. Гіббс ввів хімічний потенціал для розрахунку хімічної роботи.

Так, наприклад, при перенесенні позитивного електричного заряду q з точки з потенціалом (pi в точку з потенціалом <p 2 система здійснює роботу -W = # * (cpi - (р 2 ), якщо (pi> (р 2 .

Аналогічно при перенесенні кількості п речовини X з підсистеми з хімічним потенціалом pi в підсистему з хімічним потенціалом р 2 відбувається робота W = w (pi - р 2 ). Таким чином, речовина з підсистеми, в якій концентрація даної речовини більше (з великим хімічним потенціалом pi) переміщається в ту підсистему, де концентрація речовини менше (з меншим хімічним потенціалом р 2 ). Точно також рухається позитивний заряд в електричному полі: з точки з великим потенціалом в точку з меншим потенціалом.

 
Переглянути оригінал
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук