БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)

В Т. х. для определения характеристик процесса применяют различные термодинамические функции. Наряду с энтропиейS, изменением которой наиболее просто характеризуются процессы в изолированных системах, широко используют потенциалы термодинамические, позволяющие получить характеристики процессов при различных условиях их проведения. Так как химические реакции обычно происходят при постоянных температуре Т, давлении р или объёме V, то наибольшее практическое значение приобрели две функции:

G = H – TS, (1)

A = U – TS, (2)

где G — гиббсова энергия, А — гельмгольцева энергия, Н — энтальпия и U — внутренняя энергия. На основе (1) и (2) записываются зависимости:

D G = D H – T D S , (3)

D A = D U – T D S , (4)

где D Н и D U — соответственно изобарный и изохорный тепловые эффекты реакции. Самопроизвольные процессы, происходящие при условии р, T = const , возможны лишь в направлении уменьшения G ; пределом их протекания, то есть условием равновесия, служит достижение минимального значения G . Ход процессов, происходящих при V, Т = const, прослеживается по изменению А. Знак и величина D G (D А ) определяются соотношением между членами уравнения (3) или (4): тепловым эффектом D Н (D U ) и так называемым энтропийным фактором T D S; относительное значение первого возрастает с понижением температуры, для второго — с её повышением.

В Т. х. важна роль химических потенциалов, так как любой переход вещества из одной фазы в другую (например, при растворении) возможен лишь в направлении их выравнивания. Условием равновесия служат одинаковые значения химического потенциала каждого компонента во всех фазах системы. Из этих условий выводится фаз правило, являющееся фундаментальным обобщением, описывающим равновесие в любой гетерогенной системе. В Т. х. большое значение имеют различные соотношения, выводимые из общих положений термодинамики. К их числу относятся: действующих масс закон; уравнение изотермы реакции, характеризующее зависимость D G (D A ) от концентраций ( активностей ) и парциальных давлений ( фугитивностей ) реагентов и выражающее величину максимальной работы реакции; уравнение изобары (изохоры) реакции, характеризующее влияние температуры на химическое равновесие, и т. д.

Для расчётов равновесий существенное значение имеют так называемые стандартные состояния веществ. Если все реагенты находятся в этих состояниях, то справедливо соотношение

D G 0 = –RT ln K, (5)

где G 0— стандартная гиббсова энергия, R — газовая постоянная, К — константа равновесия; объединение (3) с (5) даёт соотношение

–RT ln K = D H 0– T D S 0, (6)

позволяющее по стандартным энтропиям и теплотам образования рассчитать разнообразные равновесия (химическое взаимодействие, фазовые равновесия в одно- и многокомпонентных системах, диссоциация электролитов, в частности комплексных соединений, и т. д.). Для расчёта химических равновесий важно третье начало термодинамики (см. также Нернста теорема ) . С его помощью можно найти энтропию вещества в данных условиях на основании результатов калориметрических определений — по температурной зависимости его теплоёмкости (от температур, близких к абсолютному нулю, до данной температуры), по температурам фазовых переходов и теплотам фазовых переходов (в соответствующем интервале температур). Затем по значениям S каждого реагента ( S прод.и S исх.— энтальпии продуктов реакции и исходных веществ) легко вычислить D S (å S прод. — D S исх . ) для реакции.

Важное место в Т. х. принадлежит квантовомеханическим расчётам термодинамических свойств и характеристик процессов (например, теплот образования); методами статистической термодинамики можно вычислить значение различных термодинамических функций на основе спектральных данных, связывая последние со структурой молекул (см. Статистическая физика ) .

Из других направлений Т. х. большая роль принадлежит термодинамике растворов. Хотя общая теория растворов не разработана, однако введение понятия активности существенно облегчило использование термодинамических уравнений (при наличии соответствующих экспериментальных данных).

Выводы и методы Т. х., связанные с термохимией, учением о химическом равновесии, свойствами растворов и т. д., широко используются и в смежных отраслях знаний (физика, теплоэнергетика, геология, геохимия, биология и др.), и при решении проблем прикладного характера (химическая, нефтехимическая, металлургическая, топливная и др. отрасли промышленности), способствуя теоретическому обоснованию и практическому осуществлению проектируемых, вновь вводимых и интенсификации ранее осуществленных процессов.

С середины 20 в. получили развитие термодинамика неравновесных процессов и термодинамика высокотемпературных химических реакций.

Лит.: Курс физической химии, 2 изд., М., 1969; Еремин Е. Н., Основы химической термодинамики, М., 1974; Карапетьянц М. Х,, Химическая термодинамика, 3 изд., М., 1975; Пригожин И., Дефэ и Р., Химическая термодинамика, пер. с англ., Новосиб., 1966; Glasstone S., Thermodynamics for chemists, N, Y., 1947; Aston J., Fritz J., Thermodynamics and Statistical Thermodynamics, N. Y.—L., 1939; Lewis G., Randall М., Thermodynamics, 2 ed., N. Y. — L. — Toronto, 1961. см. также лит. при ст. Термодинамика .

М. Х. Карапетьянц.

Термодинами'ческая вероя'тность,см. Вероятность термодинамическая.

Термодинами'ческая систе'ма,объект изучения термодинамики, совокупность физ. тел, которые могут взаимодействовать энергетически между собой и с другими телами, а также обмениваться с ними веществом. Т. с. состоят из столь большого числа частиц, что их состояние можно характеризовать макроскопическими параметрами: плотностью, давлением, концентрацией разных веществ, образующих Т. с., и т. д. Т. с. находится в равновесии (см. Равновесие термодинамическое ) , если параметры системы с течением времени не меняются и в системе нет каких-либо стационарных потоков (теплоты, вещества и др.). Для равновесных Т. с. вводится понятие температуры как параметра состояния, имеющего одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Свойства Т. с., находящихся в термодинамическом равновесии, изучает термодинамика равновесных процессов (термостатика); свойства неравновесных систем — термодинамика неравновесных процессов. В термодинамике рассматривают закрытые Т. с., не обменивающиеся веществом с др. системами; открытые системы, в которых происходит обмен веществом и энергией с др. системами; адиабатные Т. с., в которых отсутствует теплообмен с др. системами; наконец, изолированные Т. с., не обменивающиеся с др. системами ни энергией, ни веществом.