MGA PROSESO NG THERMODYNAMIC: MGA URI AT HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang mga proseso ng thermodynamic ay mga pisikal o kemikal na penomena na kinasasangkutan ng daloy ng init (enerhiya) o trabaho sa pagitan ng isang sistema at mga paligid nito. Kung pinag-uusapan ang init, ang imahe ng sunog na makatuwiran ay nasa isipan, na kung saan ay ang quintessential na paghahayag ng isang proseso na nagpapalabas ng maraming thermal energy.

Ang system ay maaaring kapwa macroscopic (isang tren, isang rocket, isang bulkan) at mikroskopiko (mga atomo, bakterya, molekula, kabuuan ng tuldok, atbp.). Hiwalay ito mula sa nalalabi sa sansinukob upang isaalang-alang ang init o gawa na pumapasok o iniwan ito.

Gayunpaman, hindi lamang umiiral ang daloy ng init, ngunit ang mga system ay maaari ring makabuo ng mga pagbabago sa ilang variable sa kanilang kapaligiran bilang tugon sa itinuturing na hindi pangkaraniwang bagay. Ayon sa mga batas sa termodinamikong, dapat magkaroon ng trade-off sa pagitan ng tugon at init upang ang bagay at enerhiya ay palaging natipid.

Ang nasa itaas ay may bisa para sa macroscopic at microscopic system. Ang pagkakaiba sa pagitan ng una at huli ay ang mga variable na isinasaalang-alang upang tukuyin ang kanilang mga estado ng enerhiya (sa esensya, ang paunang at ang pangwakas).

Gayunpaman, ang mga modelong thermodynamic ay naghahangad na kumonekta sa parehong mga mundo sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga variable tulad ng presyon, dami at temperatura ng mga system, pinapanatili ang ilan sa mga constants na ito upang pag-aralan ang epekto ng iba.

Ang unang modelo na nagpapahintulot sa pagtaya na ito ay ang mainam na mga gas (PV = nRT), kung saan n ang bilang ng mga moles, na kung hinati sa dami ng V ay nagbibigay ng dami ng molar.

Pagkatapos, ang pagpapahayag ng mga pagbabago sa pagitan ng mga system-paligid bilang isang function ng mga variable na ito, ang iba ay maaaring tukuyin, tulad ng trabaho (PV = W), mahalaga para sa mga makina at pang-industriya na proseso.

Sa kabilang banda, para sa mga pensyang kemikal, ang iba pang mga uri ng mga variable na thermodynamic ay may higit na interes. Ang mga ito ay direktang nauugnay sa paglabas o pagsipsip ng enerhiya, at nakasalalay sa intrinsic na likas na katangian ng mga molekula: ang pagbuo at mga uri ng mga bono.

Mga sistema at mga kababalaghan sa mga thermodynamic na proseso

Sa itaas na imahe ang tatlong uri ng mga sistema ay kinakatawan: sarado, bukas at adiabatic.

Sa saradong sistema ay walang paglilipat ng bagay sa pagitan nito at sa mga paligid nito, upang walang bagay na maaaring pumasok o umalis; gayunpaman, ang enerhiya ay maaaring tumawid sa mga hangganan ng kahon. Sa madaling salita: ang kababalaghan F ay maaaring maglabas o sumipsip ng enerhiya, kaya binabago kung ano ang lampas sa kahon.

Sa kabilang banda, sa bukas na sistema ang mga abot-tanaw ng system ay may kanilang mga tuldok na linya, na nangangahulugang ang parehong enerhiya at bagay ay maaaring dumating at pumunta sa pagitan nito at sa paligid.

Sa wakas, sa isang nakahiwalay na sistema ang pagpapalitan ng bagay at enerhiya sa pagitan nito at sa paligid ay zero; para sa kadahilanang ito, sa imahe ang ikatlong kahon ay nakapaloob sa isang bula. Kinakailangan na linawin na ang mga paligid ay maaaring maging ang natitirang uniberso, at ang pag-aaral ay ang isa na tumutukoy kung gaano kalayo upang isaalang-alang ang saklaw ng system.

Mga phenomena sa pisikal at kemikal

Ano ang partikular na kababalaghan F? Naipahiwatig ng titik F at sa loob ng isang dilaw na bilog, ang kababalaghan ay isang pagbabago na nagaganap at maaaring maging pisikal na pagbabago ng bagay, o pagbabago nito.

Ano ang pagkakaiba? Sa kumpletong: ang una ay hindi masira o lumikha ng mga bagong link, habang ang pangalawa ay.

Kaya, ang isang thermodynamic na proseso ay maaaring isaalang-alang alinsunod sa kung ang kababalaghan ay pisikal o kemikal. Gayunpaman, pareho ang magkakapareho ng pagbabago sa ilang mga molekular o atomic na pag-aari.

Mga halimbawa ng mga pisikal na phenomena

Ang pag-init ng tubig sa isang palayok ay nagdudulot ng pagtaas ng mga banggaan sa pagitan ng mga molekula nito, hanggang sa punto kung saan ang presyon ng singaw nito ay katumbas ng presyon ng atmospera, at pagkatapos ang pagbabago ng phase mula sa likido sa gas ay nangyayari. Sa madaling salita: ang tubig ay sumingaw.

Narito ang mga molekula ng tubig ay hindi nasisira ang alinman sa kanilang mga bono, ngunit sumasailalim sila sa mga masiglang pagbabago; o kung ano ang pareho, ang panloob na enerhiya U ng tubig ay nabago.

Ano ang mga thermodynamic variable para sa kasong ito? Ang atmospheric pressure P _ex , ang temperatura ng produkto ng pagkasunog ng gasolina sa pagluluto at ang dami ng tubig.

Ang presyon ng atmospera ay pare-pareho, ngunit ang temperatura ng tubig ay hindi, dahil kumakain ito; ni ang lakas ng tunog, dahil ang mga molekula nito ay lumawak sa espasyo. Ito ay isang halimbawa ng isang pisikal na kababalaghan sa loob ng isang isobaric na proseso; iyon ay, isang thermodynamic system sa palaging presyon.

Paano kung maglagay ka ng tubig ng ilang beans sa isang pressure cooker? Sa kasong ito, ang lakas ng tunog ay nananatiling palagi (hangga't ang presyon ay hindi pinakawalan kapag ang mga beans ay luto), ngunit ang presyon at pagbabago ng temperatura.

Ito ay dahil ang gas na ginawa ay hindi makatakas at nagyabang sa mga dingding ng palayok at sa ibabaw ng likido. Nagsasalita kami pagkatapos ng isa pang pisikal na kababalaghan ngunit sa loob ng isang proseso ng isochoric.

Mga halimbawa ng mga phenomena na kemikal

Nabanggit na may mga variable na thermodynamic na likas sa microscopic factor, tulad ng molekular o atomic na istraktura. Ano ang mga variable na ito? Enthalpy (H), entropy (S), panloob na enerhiya (U), at libreng enerhiya ng Gibbs (S).

Ang mga intrinsikong variable na bagay na ito ay tinukoy at ipinahayag sa mga tuntunin ng variable na macroscopic thermodynamic variable (P, T at V), ayon sa napiling modelo ng matematika (sa pangkalahatan ay ng mga perpektong gas). Salamat sa mga pag-aaral na thermodynamic na ito ay maaaring isagawa sa mga fensyang kemikal.

Halimbawa, nais mong pag-aralan ang isang reaksyon ng kemikal ng uri A + B => C, ngunit ang reaksyon ay nangyayari lamang sa temperatura ng 70 ºC. Bukod dito, sa mga temperatura na higit sa 100 ºC, sa halip na C na ginawa, D.

Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang reaktor (ang pagpupulong kung saan nagaganap ang reaksyon) ay dapat garantiya ng isang pare-pareho ang temperatura sa paligid ng 70 ºC, kaya ang proseso ay isothermal.

Mga uri at halimbawa ng mga proseso ng thermodynamic

Mga proseso ng Adiabatic

Ang mga ito ay kung saan walang net transfer sa pagitan ng system at sa paligid nito. Ito sa pangmatagalang panahon ay ginagarantiyahan ng isang nakahiwalay na sistema (ang kahon sa loob ng bubble).

Mga halimbawa

Ang isang halimbawa nito ay mga calorimeter, na tinutukoy ang dami ng pinalabas na init o nasisipsip mula sa isang reaksyon ng kemikal (pagkasunog, pagkabulok, oksihenasyon, atbp.).

Sa loob ng mga pisikal na phenomena ay ang paggalaw na nabuo ng mainit na gas dahil sa presyon na ipinataw sa mga piston. Gayundin, kapag ang isang kasalukuyang kasalukuyang air pressure ay nasa isang terrestrial na ibabaw, tumataas ang temperatura habang pinipilit itong palawakin.

Sa kabilang banda, kung ang iba pang mga ibabaw ay puno ng gas at may mas mababang density, ang temperatura ay bababa kapag naramdaman ang isang mas mataas na presyon, na pinipilit ang mga partikulo nito.

Ang mga proseso ng Adiabatic ay mainam para sa maraming mga pang-industriya na proseso, kung saan ang pagbaba ng init ay nangangahulugang mas mababang pagganap na makikita sa mga gastos. Upang isaalang-alang ito tulad nito, ang daloy ng init ay dapat na zero o ang halaga ng pagpasok ng init ay dapat na katumbas ng pagpasok sa system.

Mga proseso ng Isothermal

Ang mga proseso ng Isothermal ay ang lahat ng kung saan ang temperatura ng system ay nananatiling pare-pareho. Ginagawa ito sa pamamagitan ng paggawa ng trabaho, upang ang iba pang mga variable (P at V) ay magkakaiba sa paglipas ng panahon.

Mga halimbawa

Ang mga halimbawa ng ganitong uri ng termodinamikong proseso ay hindi mabilang. Sa esensya, ang karamihan sa aktibidad ng cell ay nagaganap sa pare-pareho ang temperatura (ang pagpapalitan ng mga ions at tubig sa buong mga lamad ng cell). Sa loob ng mga reaksyon ng kemikal, ang lahat ng nagtatag ng thermal equilibria ay itinuturing na mga isothermal na proseso.

Ang metabolismo ng tao ay namamahala upang mapanatili ang isang palaging temperatura ng katawan (humigit-kumulang na 37ºC) sa pamamagitan ng isang malawak na serye ng mga reaksyon ng kemikal. Nakamit ito salamat sa enerhiya na nakuha mula sa pagkain.

Ang mga pagbabago sa phase ay mga proseso din ng isothermal. Halimbawa, kapag ang isang likido ay nag-freeze ay naglalabas ng init, na pinipigilan ang temperatura mula sa patuloy na pagbaba hanggang sa ganap na ito sa solidong yugto. Kapag nangyari ito, ang temperatura ay maaaring magpatuloy na bumaba, dahil ang solid ay hindi na nagpapalabas ng enerhiya.

Sa mga sistemang ito na nagsasangkot ng mga perpektong gas, ang pagbabago sa panloob na enerhiya U ay zero, kaya lahat ng init ay ginagamit upang gumana.

Mga proseso ng Isobaric

Sa mga prosesong ito ang presyon sa system ay nananatiling pare-pareho, nag-iiba sa dami at temperatura nito. Sa pangkalahatan, maaari silang maganap sa mga system na bukas sa kalangitan, o sa mga saradong mga sistema na ang mga hangganan ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pagtaas ng dami, sa isang paraan na kontra sa pagtaas ng presyon.

Mga halimbawa

Sa mga cylinders sa loob ng mga makina, kapag ang gas ay pinainit, itinutulak nito ang piston, na nagbabago sa dami ng system.

Kung hindi ito ang kaso, ang presyon ay tataas, dahil ang sistema ay walang paraan upang mabawasan ang pagbangga ng mga uri ng gas sa mga pader ng silindro.

Mga proseso ng Isochoric

Sa mga proseso ng isochoric, ang dami ay nananatiling palaging. Maaari rin itong isaalang-alang bilang mga kung saan ang system ay hindi bumubuo ng anumang gawain (W = 0).

Karaniwan, ang mga ito ay pisikal o kemikal na mga phenomena na pinag-aralan sa loob ng anumang lalagyan, maging sa pagkabalisa o hindi.

Mga halimbawa

Ang mga halimbawa ng mga prosesong ito ay ang pagluluto ng pagkain, ang paghahanda ng kape, ang paglamig ng isang botelya ng sorbetes, ang pagkikristal ng asukal, ang paglusaw ng isang hindi maayos na matunaw na pag-uumpisa, isang chromatograpya ng palitan ng ion, at iba pa.

Mga Sanggunian

1. Jones, Andrew Zimmerman. (2016, Setyembre 17). Ano ang isang Proseso ng Thermodynamic? Kinuha mula sa: thoughtco.com
2. J. Wilkes. (2014). Mga proseso ng Thermodynamic. . Kinuha mula sa: mga kurso.washington.edu
3. Pag-aaral (Agosto 9, 2016). Mga Proseso ng Thermodynamic: Isobaric, Isochoric, Isothermal & Adiabatic. Kinuha mula sa: study.com
4. Kevin Wandrei. (2018). Ano ang Ilang Araw-araw na Mga Halimbawa ng Una at Pangalawang Batas ng Thermodynamics? Hearst Seattle Media, LLC. Kinuha mula sa: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). Ang Pangalawang Batas ng Thermodynamics. Kinuha mula sa: entropysite.oxy.edu
6. 15 Thermodynamics. . Kinuha mula sa: wright.edu