Energia on tsivilisatsiooni ja tootmise arengu aluseks ning seetõttu on sellel keemiatööstuses võtmeroll. Elektrit kasutatakse elektriseadmete käitamiseks tööstuses, igapäevaelus ja põllumajanduses.

Seda kasutatakse paljudes keemiatööstuse tööstusrajatistes ja see osaleb teatud tehnoloogilistes protsessides (elektrolüüs). Paljuski on tänu energiale seatud teaduse ja tehnoloogia arengu vektor.

Arvatakse, et elektrienergia on üks "avangardi kolmest" segmendist. Mida see tähendab? Asjaolu, et see kompleks on asetatud samaväärsele informatiseerimise ja automatiseerimisega. Energeetika areneb kõigis maailma riikides. Samal ajal keskenduvad ühed tuumaelektrijaamade ehitamisele, teised soojuselektrijaamadele ja kolmandad usuvad isegi, et vanade asemele tulevad ebatraditsioonilised elektriallikad.

Energeetika roll keemiatööstuse sektoris

Keemiatööstuses viiakse kõik protsessid läbi energia vabastamise, tarbimise või muundamisega ühest liigist teise. Sel juhul kulutatakse elektrit mitte ainult keemilistele reaktsioonidele ja protsessidele, vaid ka gaasiliste ainete transportimiseks, jahvatamiseks ja kokkusurumiseks. Seetõttu kuuluvad kõik keemiasegmendi ettevõtted peamiste elektritarbijate hulka. Tööstuses on energiamahukuse kontseptsioon. See näitab elektritarbimist toodetud tooteühiku kohta. Kõikidel ettevõtetel on tootmisprotsesside energiamahukus erinev. Pealegi kasutab iga taim oma tüüpi energiat.

1. Elektriline. Seda kasutatakse elektrokeemiliste ja elektromagnetiliste tehnoloogiliste protsesside käigus. Elektrienergiat kasutatakse selle muutmiseks mehaaniliseks energiaks üsna laialdaselt: jahvatamine, purustamine, süntees, kuumutamine. Elektrienergiat kasutatakse ventilaatorite, kompressorite, külmutusmasinate ja pumpamisseadmete käitamiseks. Tööstuse peamised elektrienergia allikad on tuumaelektrijaamad, soojuselektrijaamad ja hüdroelektrijaamad.
2. Soojusenergia keemiatööstuses. Soojusenergiat kasutatakse tootmises füüsilise töö tegemiseks. Seda saab kasutada kuumutamiseks, kuivatamiseks, sulatamiseks ja aurustamiseks.
3. Tuumasisene. See vabaneb vesiniku tuumade ühinemisel heeliumi tuumadeks.
4. Keemilise iseloomuga energia. Kasutatakse galvaanilistes elementides ja akudes. Nendes seadmetes muutub see elektrienergiaks.
5. Valguse energia. Selle rakendusala on fotokeemilised reaktsioonid, vesinikkloriidi süntees.

Nafta- ja gaasitööstust peetakse üheks kõige dünaamilisemalt arenevaks energiasektoriks. Ressursside kaevandamine hõivab oma niši globaalses tootmises, sellel on võtmeroll kogu tsivilisatsiooni arengus. Nafta ja gaas on alus, ilma milleta keemiatööstus normaalselt ei toimi.

Keemiatööstuses pööratakse energiale palju tähelepanu. Ilma selleta oleks enamiku keemiliste protsesside teostamine tänapäevases tööstuses võimatu.

Mida oodata Keemia 2016 projektilt

Näitusel on esindatud suur hulk uuenduslikke arendusi, tehnoloogilisi protsesse ja tehnikaid keemiasektorist. Näituse üheks teemaks on energeetika ja selle mõju keemiatööstuse arengule.

Üritusele on oodata suurt hulka osalejaid üle maailma. Ühtlasi saavad näitusele tulijad lisaks juhtivate tootjate toodetega tutvuda ka sõlmida mõlemale poolele kasulikke lepinguid, sõlmida koostöölepinguid ning värskendada suhteid olemasolevate äripartnerite vahel. Üritusel osalevad hea meelega kodu- ja välismaised keemiatööstuse esindajad, sest “Keemia” on projekt, mis hõlmab kõiki vastava tootmise segmente.

Valgevene Vabariigi Haridusministeerium

Vene Föderatsiooni haridusministeerium

RIIKLIK KÕRGEMAJAD

KUTSEHARIDUS

VALGEVENE-VENEMAA ÜLIKOOL

Metallitehnoloogiate osakond

Keemiliste protsesside energia.

KEEMILINE SOODUS

Õpilaste iseseisva töö juhend ja keemia praktilised tunnid

Mogilev 2003

UDK 54 Koostanud: dr. tehnika. teadused, prof. Lovshenko F.G.,

Ph.D. tehnika. Teadused, dotsent Lovshenko G.F.

Keemiliste protsesside energia. Keemiline afiinsus. Metoodilised juhised õpilaste iseseisvaks tööks ja praktiliste tundide läbiviimiseks keemias - Mogilev: Valgevene-Vene Ülikool, 2003. - 28 lk.

Juhised annavad termodünaamika põhiprintsiibid. Esitatakse näiteid tüüpiliste probleemide lahendamisest. Antakse tingimused ülesannete täitmiseks iseseisvaks tööks.

Kinnitatud Valgevene-Vene ülikooli metallitehnoloogia osakonna poolt (koosoleku protokoll nr 1, 1. september 2003).

Arvustaja Art. Rev. Patsey V.F.

Väljaandmise eest vastutab Lovshenko G.F.

© Koostanud F.G. Lovshenko, G.F

KEEMILISTE PROTSESSIDE ENERGIA. KEEMILINE SOODUS

Trükkimiseks allkirjastatud Formaat 60x84 1/16. Ofsetpaber. Siiditrükk

Tingimuslik ahju l. Uh. alates. L. Tiraaž 215 eks. Tellimuse nr _______

Kirjastaja ja trükkimine:

Riiklik rakenduskõrgkool

"Valgevene-Vene ülikool"

Litsentsi LV nr.

212005, Mogilev, Mira Ave., 43

vabariik

Keemiliste protsesside energia

Keemiline termodünaamika uurib keemilise energia üleminekuid muudesse vormidesse – termiliseks, elektriliseks jne, kehtestab nende üleminekute kvantitatiivsed seadused, samuti keemiliste reaktsioonide spontaanse toimumise suuna ja piirid antud tingimustes.

Termodünaamika uurimisobjektiks on süsteem.

Süsteem nimetatakse vastastikuste inimeste kogumiksainete tegevus, vaimne(võitegelikult) eraldikeskkond.

Faas - Seeosa süsteemist, mis on koostiselt ja omadustelt kõikides punktides homogeenneja eraldatud teistest süsteemiosadest liidesega.

Eristada homogeenne Ja heterogeenne süsteemid. Homogeensed süsteemid koosnevad ühest faasist, heterogeensed süsteemid kahest või enamast faasist.

Sama süsteem võib olla erinevates olekutes. Iga süsteemi olekut iseloomustab teatud termodünaamiliste parameetrite väärtuste komplekt. Termodünaamilised parameetrid hõlmavad temperatuur, rõhk, parvkontsentratsioon, kontsentratsioon jne.. Vähemalt ühe termodünaamilise parameetri muutus toob kaasa muutuse süsteemi kui terviku olekus. Ninasüsteemi termodünaamiline seisundvayuttasakaal , kui seda iseloomustab konstantne termodünaamilised parameetrid süsteemi kõigis punktides ja muutmatatekib spontaanselt (ilma töökuludeta). Keemilises termodünaamikas vaadeldakse süsteemi omadusi selle tasakaaluolekus.

Sõltuvalt süsteemi ühest olekust teise ülemineku tingimustest eristab termodünaamika isotermilisi, isobaarilisi, isohoorilisi ja adiabaatilisi protsesse. Esimesed tekivad püsival temperatuuril ( T (= const), teine ​​– konstantsel rõhul = lk (const), teised - konstantsel helitugevusel= V const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = 0).

q = const), teine ​​– konstantsel rõhul Keemilised reaktsioonid toimuvad sageli isobaaris-isotermilistes tingimustes ( Esimesed tekivad püsival temperatuuril (= konst,

Süsteemi siseenergia.

Kui süsteem läheb ühest olekust teise, muutuvad eelkõige mõned selle omadused sisemine energia U.

Sisemine energiat süsteemid esindab koosvõidelda oma täisenergiaga, mis koosneb kineetilisestja molekulide, aatomite, aatomituumade, elektronide potentsiaalsed energiadRonov ja teised. Siseenergia hõlmab translatsiooni-, pöörlemis- ja vibratsiooniliigutuste energiat, aga ka potentsiaalset energiat, mis tuleneb molekulide, aatomite ja aatomisiseste osakeste vahel mõjuvatest tõmbe- ja tõukejõududest. See ei sisalda süsteemi ruumis asukoha potentsiaalset energiat ega kogu süsteemi liikumise kineetilist energiat.

Süsteemi absoluutset siseenergiat ei saa määrata, kuid selle muutumist saab mõõta  Uüleminekul ühest olekust teise. Suurusjärk  U peetakse positiivseks (  U>0), kui mõnes protsessis süsteemi siseenergia suureneb.

Siseenergia on termodünaamilinefunkmine olek süsteemid. See tähendab, et alati, kui süsteem satub teatud olekusse, omandab selle siseenergia teatud väärtuse, mis on omane sellele seisundile. Järelikult ei sõltu siseenergia muutus süsteemi ühest olekust teise ülemineku teest ja meetodist ning selle määrab süsteemi siseenergia väärtuste erinevus nendes kahes olekus:

U = U 2 -U 1 , (1)

Kus U 1 Ja U 2 – süsteemi siseenergia vastavalt lõpp- ja algolekus.

Järgitakse igas protsessis energia jäävuse seadus , mida väljendab võrdsus

q = U+A, (2)

mis tähendab seda soojust const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes (, süsteemi tarnitud kulub selle siseenergia suurendamiseks  U ja et süsteem saaks tööd teha A väliskeskkonnast kõrgemal. Võrrand (2) – matemaatiline avaldis termodünaamika esimene seadus .

Termodünaamika esimesest seadusest järeldub, et süsteemi siseenergia suurenemine  U mis tahes protsessis võrdub süsteemile antava soojushulgaga const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( miinus täiusliku süsteemi töö hulk A; alates kogustest const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( Ja A saab otse mõõta, kasutades võrrandit (2), saate alati väärtuse arvutada  U .

Termodünaamika esimeses seaduses tähendab töö A igat tüüpi tööde summat väliskeskkonnast süsteemile mõjuvate jõudude vastu.. See summa võib hõlmata tööd välise elektrivälja jõudude vastu ja tööd gravitatsioonivälja jõudude vastu, paisumist väliste survejõudude vastu ja muud tüüpi tööd.

Kuna paisutustööd on keemilistele koostoimetele kõige iseloomulikumad, eraldatakse see tavaliselt kogusummast:

A = A’ + p const), teised - konstantsel helitugevusel, (p =konst), (3)

Kus A'- igat liiki tööd, välja arvatud laiendustööd;

r - välisrõhk;

const), teised - konstantsel helitugevusel– erinevusega võrdne muutus süsteemi mahus const), teised - konstantsel helitugevusel 2 – const), teised - konstantsel helitugevusel 1 (const), teised - konstantsel helitugevusel 2 – reaktsiooniproduktide maht, a const), teised - konstantsel helitugevusel 1 – lähteainete maht).

Kui konkreetse protsessi käigus on paisutustöö ainus tööliik, võtab võrrand (3) kuju

A = p const), teised - konstantsel helitugevusel, (4)

Seejärel kirjutatakse termodünaamika esimese seaduse (2) matemaatiline avaldis järgmiselt:

const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul =  U+r V, (5)

Kus const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul– konstantsel rõhul süsteemi tarnitud soojus.

Arvestades seda  U = U 2 – U 1 Ja  const), teised - konstantsel helitugevusel = const), teised - konstantsel helitugevusel 2 – const), teised - konstantsel helitugevusel 1 , võrrandit (5) saab teisendada väärtusi rühmitades U Ja const), teised - konstantsel helitugevusel süsteemi lõpp- ja algseisundiga seotud indeksite järgi:

const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul = (U 2 -U t ) + p(V 2 -V t ) = (U 2 +pV 2 ) – (U 1 +pV 1 ). (6)

Summa (U + pV) kutsutakseentalpia (soojussisaldus) süsteemi ja tähistavadkiriH :

H=U + pV.(7)

Asendades võrrandi (6) entalpia H, saame

const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul = N 2 – N 1 =  N, (8)

st süsteemi konstantsel rõhul tarnitav soojus,kulutatakse süsteemi entalpia suurendamisele.

Nii nagu siseenergia puhul ei saa ka süsteemi entalpia absoluutväärtust katseliselt määrata, kuid see on võimalik väärtust mõõtes. const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul , leidke entalpia muutus  N kui süsteem läheb ühest olekust teise. Suurus  N peetakse positiivseks (  N>0) kui süsteemi entalpia suureneb. Sest väärtus  N määratakse erinevuse ( N 2 – N 1 ) ja see ei sõltu protsessi läbiviimise teest ja meetodist, entalpiale, nagu sisemisele energiale, viidatakse süsteemi oleku termodünaamilised funktsioonid.

Keemiliste reaktsioonide termilised mõjud.

Algebraline summamu reaktsiooni käigus neeldunud soojusest ja tehtud tööst miinus töö väliste survejõudude vastu (r const), teised - konstantsel helitugevusel) nimedvayutkeemilise reaktsiooni termiline mõju .

Termokeemilised seadused. Keemilise reaktsiooni soojuse sõltumatus protsessi teest at = const), teine ​​– konstantsel rõhul= konst ja Esimesed tekivad püsival temperatuuril (= const loodi 19. sajandi esimesel poolel. Vene teadlane G.I. keemilise reaktsiooni termiline efekt ei sõltu selle teestvoolu, kuid sõltub ainult olemusest ja füüsilisest seisundistlähteained ja reaktsioonisaadused (Hessi seadus ).

Keemilise termodünaamika haru, mis uurib soojustnimetatakse keemiliste reaktsioonide mõjutermokeemia . Termokeemia kasutab keemilise reaktsiooni termilise efekti lihtsustatud ideed, mis vastab protsessi protsessist sõltumatuse tingimustele. See on soojus const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( T , reaktsiooni käigus süsteemi sisestatud (või reaktsiooni tulemusena vabanenud) konstantsel temperatuuril.

Kui süsteemi tarnitakse soojust ( const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( T> 0), nimetatakse reaktsiooni endotermiliseks, kui soojust eraldub keskkonda ( const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( T < 0), реакцию называют экзотер­мической.

Termokeemia uurib ennekõike isobaar-isotermilisi reaktsioone, mille tulemusena tehakse ainult paisutustöid  const), teised - konstantsel helitugevusel. Selliste reaktsioonide termiline mõju const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul , T võrdne süsteemi entalpia muutusega  H.

Keemiliste reaktsioonide võrrandid, mis näitavad nende soojustkõrgeid efekte nimetataksetermokeemilised võrrandid . Kuna süsteemi olek tervikuna sõltub ainete agregeeritud olekutest, siis termokeemilistes võrrandites näidatakse ainete olekuid (kristalliline, vedel, lahustunud ja gaasiline) täheindeksite (k), (g), (p) või (d). Aine allotroopne modifikatsioon on näidatud ka juhul, kui selliseid modifikatsioone on mitu. Kui aine või selle modifikatsiooni olek antud tingimustes on ilmne, võib tähtindeksid ära jätta. Nii on näiteks atmosfäärirõhul ja toatemperatuuril vesinik ja hapnik gaasilised (see on ilmne) ning nende interaktsiooni käigus tekkiv reaktsioonisaadus H 2 O võib olla vedel ja gaasiline (veeaur). Seetõttu peab termokeemilise reaktsiooni võrrand näitama H 2 O agregeeritud olekut:

H2 + 1/2O2 = H2O (l) või H2 + 1/2O2 = H20 (g).

Praegu on tavaks näidata reaktsiooni termilist efekti entalpia muutusena  H, võrdne isobaar-isotermilise protsessi soojusega const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = const), teine ​​– konstantsel rõhul , T . Sageli kirjutatakse entalpia muutus kui  H või  H . Ülemine indeks 0 tähendab reaktsiooni termilise efekti standardväärtust ja madalam on temperatuur, mille juures interaktsioon toimub. Allpool on toodud mitme reaktsiooni termokeemiliste võrrandite näited:

2C6H6 (l) + 15O2 = 12CO2 + 6H2O (l),  H = -6535,4 kJ, (a)

2C (grafiit) + H2 = C2H2,  H = 226,7 kJ, (b)

N2 + 3H2 = 2NH3 (g),  H = -92,4 kJ. (V)

Reaktsioonides (a) ja (c) süsteemi entalpia väheneb (  H <0). Эти реакции экзотермические. В реакции (б) энтальпия увеличивается ( H >0); reaktsioon on endotermiline. Kõigis kolmes näites väärtus  H viitab reaktsioonivõrrandiga määratud ainete moolide arvule. Selleks, et reaktsiooni termilist efekti väljendataks kilodžaulides ühe lähteaine või reaktsiooniprodukti mooli kohta (kJ/mol), on termokeemilistes võrrandites lubatud kasutada murdosa:

C6H6(g) + 7 O 2 = 6CO 2 + 3H 2 O (l),  H = -3267,7 kJ,

N2+ =NH3 (g),  H = -46,2 kJ.

Keemiliste ühendite moodustumise entalpia.

Entalpia (moodustumise soojus). keemiline ühend N Esimesed tekivad püsival temperatuuril ( helistasentalpia muutus selle ühendi ühe mooli saamise protsessislihtsatest ainetest, mis on antud temperatuuril stabiilsed.

Standardne entalpia (soojus) obra helistades keemiline ühend N , arr. kõne muutmineentalpia selle ühendi ühe mooli moodustumise protsessis,olles standardseisundis (T = 298 K ja = 101,3 kPa), lihtainetest,faasid ja modifikatsioonid ka standardseisundites ja termodünaamiliselt stabiilsed antud temperatuuril(Tabel A.1).

Lihtainete moodustumise standardsed entalpiad onvaevlevad nagu võrdsednull , kui nende agregatsiooni ja modifikatsiooni olekudkatioon on standardtingimustes stabiilne. Nii on näiteks vedela broomi (ja mitte gaasilise) ja grafiidi (ja mitte teemandi) moodustumise standardsoojus võrdne nulliga.

Standardne entalpiaühendi moodustumine on selle mõõttermodünaamiline stabiilsus,tugevus, kvantitatiivne väljendusühendi energeetilised omadusedarvamusi.

Termokeemilised arvutused. Enamik termokeemilisi arvutusi põhinevad Hessi seaduse tagajärg : termiline efektKeemilise reaktsiooni mõju on võrdne reaktsiooni soojuste (entalpiate) summagareaktsiooniproduktide moodustumine miinus soojuste summa (entalpii) lähteainete moodustamine, võttes arvesse nende stöhhiomeetrilisi koefitsiente reaktsioonivõrrandis.

N h.r. =   N arr. (jätkub ringkond) -  N arr. (viide sisse) (9)

Võrrand (9) võimaldab määrata reaktsioonis osalevate ainete teadaolevatest moodustumise entalpiatest nii reaktsiooni termilise efekti kui ka ühe moodustumise entalpiatest, kui reaktsiooni termiline efekt ja kõik muud moodustumise entalpiad on teada.

Keemilise reaktsiooni soojusefekt on konstantsel temperatuuril toimuva protsessi energiamõju. Kasutades võrdlusandmeid, mis puudutavad 298 K, on ​​võimalik arvutada sellel temperatuuril toimuvate reaktsioonide termilised mõjud. Kuid termokeemiliste arvutuste tegemisel, mis tavaliselt lubab väikest viga, saate kasutada moodustumise soojuse standardväärtusi isegi siis, kui protsessi tingimused erinevad standardsetest tingimustest.

Faasimuutuste termilised mõjud. Keemiliste reaktsioonidega kaasnevad sageli faasimuutused. Kuid faasimuutuste termilised mõjud on tavaliselt väiksemad kui keemiliste reaktsioonide termilised mõjud. Allpool on toodud mõnede faasiteisenduste termokeemiliste võrrandite näited:

H 2 O (l)  H 2 O (g),  H = 44,0 kJ/mol,

H 2 O (k)  H 2 O (l),  H = 6,0 kJ/mol,

I 2(k)  I 2(g) ,  H = 62,24 kJ/mol.

Ülaltoodud andmete põhjal võib märkida, et faasiüleminek rohkem kondenseerunud olekust vähem kondenseerunud olekusse viib süsteemi entalpia suurenemiseni (soojus neeldub - protsess on endotermiline).

Esimesed tekivad püsival temperatuuril (
JA
G

Aine üleminekuga amorfsest olekust kristallisse olekusse kaasneb alati soojuse eraldumine (  H <0) – процесс экзотермический:

Sb (amorfne)  Sb (k) ,  H = -10,62 kJ/mol,

B 2 O 3 (amorfne)  B 2 O 3 (k),  H = -25,08 kJ/mol.

Spontaansed ja mittespontaansed protsessid. Paljud protsessid viiakse läbi spontaanselt, st ilma väliste töödeta. Selle tulemusena on võimalik saada tööd väliste jõudude vastu, mis on võrdeline toimunud süsteemi energia muutusega. Seega voolab vesi iseeneslikult mööda kaldrenni alla või soojus kandub üle kuumenenud kehalt vähem kuumenevale. Spontaanse protsessi käigus kaotab süsteem võime toota kasulikku tööd.

Spontaanne protsess ei saa kulgeda vastupidises suunas nii spontaanselt kui edasisuunas.. Seega ei saa vesi kaldrennist ise üles voolata ja kuumus ei saa ise liikuda külmalt kehalt kuumale. Vee pumpamiseks ülespoole või soojuse ülekandmiseks süsteemi külmast osast kuuma osasse tuleb süsteemi kallal tööd teha. Protsesside puhul, mis on vastupidised spontaansetele protsessidele, kasutatakse terminit " mittespontaansed».

Keemiliste vastastikmõjude uurimisel on väga oluline hinnata nende spontaanse esinemise võimalikkust või võimatust antud tingimustes, välja selgitada keemiline tüüpainete kogus. Peab olema kriteerium, mille abil oleks võimalik kindlaks teha reaktsiooni spontaanse kulgemise põhimõtteline teostatavus, suund ja piirid teatud temperatuuridel ja rõhkudel. Termodünaamika esimene seadus sellist kriteeriumi ei paku. Reaktsiooni termiline efekt ei määra protsessi suunda: spontaanselt võivad toimuda nii eksotermilised kui ka endotermilised reaktsioonid.

Protsessi isolatsiooni spontaanse toimumise kriteeriumvannitoasüsteemid annavadtermodünaamika teine ​​seadus . Enne selle seaduse käsitlemise juurde asumist tutvustagem süsteemi oleku termodünaamilise funktsiooni, nn. entroopia.

Entroopia. Teatud koguse aine oleku iseloomustamiseks, mis kujutab endast väga suure hulga molekulide kogumit, võite näidata süsteemi oleku temperatuuri, rõhku ja muid termodünaamilisi parameetreid või näidata iga molekuli hetkekoordinaate. molekul ( x i , y i , z i) ja liikumiskiirust kõigis kolmes suunas (v xi , v yi , v zi ). Esimesel juhul iseloomustatakse süsteemi makroolekut, teisel juhul mikroolekut. Iga makrostaat on seotud suure hulga mikroolekutega. Nimetatakse mikroolekute arvu, mille abil antud makroolek realiseerub tersüsteemi oleku moddünaamiline tõenäosus ja tähistada W.

Ainult 10 gaasimolekulist koosneva süsteemi oleku termodünaamiline tõenäosus on ligikaudu 1000, kuid ainult 1 cm 3 gaasi sisaldab 2,710 19 molekuli (n.s.). Et liikuda edasi numbrite juurde, mis on tajumiseks ja arvutusteks mugavamad, ei kasuta nad termodünaamikas suurust W, ja selle logaritm lnW. Viimasele saab anda mõõtme (J/K), korrutades Boltzmanni konstandiga k:

klnW = S. (10)

Suurus S helistas entroopia süsteemid.

Entroopia on süsteemi oleku termodünaamiline funktsioon ja selle väärtus sõltub kõnealuse aine kogusest. Seetõttu on soovitatav entroopia väärtus seostada aine ühe mooliga (J/(molK)) ja väljendada seda kujul

RlnW = S. (11)

Kus R = kN A – gaasi molaarne konstant;

N A– Avogadro konstant.

Võrrandist (11) järeldub, et süsteemi entroopia suureneb võrdeliselt oleku termodünaamilise tõenäosuse logaritmiga W. See seos on kaasaegse statistilise termodünaamika aluseks.

Kell p =konst entroopia on temperatuuri funktsioon T, Pealegi on külmumis- ja keemispunkt need punktid, kus entroopia muutub eriti järsult, järsult.

Niisiis, entroopia Son süsteemi häire mõõt. Entroopia "kandjad" on gaasid. Kui reaktsiooni käigus suureneb gaasiliste ainete moolide arv, siis suureneb ka entroopia. Need. Ilma arvutusi tegemata saate vajadusel määrata süsteemi entroopia muutuse märgi:

C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g), S  0;

2C (k) + O 2 (g) = 2СО (g), S > 0;

N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g) , S< 0.

Tabelis A.1 on näidatud väärtused S mõned ained (pange tähele, et ainete entroopia absoluutväärtused on teada, samas kui funktsiooni absoluutväärtused U Ja H pole teada).

Sest entroopia on siis süsteemi oleku funktsioon entroopia muutus ( S) on keemilises reaktsioonis võrdne reaktsiooniproduktide entroopiate summaga, millest on lahutatud lähteainete entroopiate summavõttes arvesse nende stöhhiomeetrilisi koefitsiente reaktsioonivõrrandis.

S h.r. =  S arr. (jätkub ringkond) - S arr. (viide sisse) (12)

Protsesside suund ja piir isoleeritudsüsteemid. Termodünaamika teine ​​seadus. Isoleeritud süsteemid ei vaheta soojust ega tööta väliskeskkonnaga. Võrrandi (9) põhjal võib väita, et millal const), neljas – süsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuse puudumise tingimustes ( = 0 Ja A = 0 suurusjärk  U on samuti null, st isoleeritud süsteemi siseenergia on konstantne (U= const); selle maht on samuti konstantne (const), teised - konstantsel helitugevusel = konst). Isoleeritud süsteemidesAinult need protsessid, millega kaasnevadsüsteemi entroopia suurenemine: S>0 ; sel juhul on protsessi spontaanse kulgemise piiriks antud tingimuste puhul maksimaalse entroopia S max saavutamine.

Vaadeldav säte on üks sõnastustest termodünaamika teine ​​seadus (seadus on oma olemuselt statistiline, st see kehtib ainult väga suurest hulgast osakestest koosnevatele süsteemidele). Süsteemi siseenergia ja ruumala püsivuse nõue välistab entroopia kasutamise keemiliste reaktsioonide toimumise suuna ja piiri kriteeriumina, mille puhul paratamatult muutub ainete siseenergia, samuti tehakse selle vastu paisutustöid. välist survet.

Keemiliste reaktsioonide entroopia ja entalpia tegurid,isobaaris-isotermilistes tingimustes. Isobaar-isotermilistes tingimustes toimuva protsessi liikumapanev jõud võib olla kas süsteemi soov minna üle madalaima energiaga olekusse, st eraldada keskkonda soojust, vähendada entalpiat. ( H<0), või süsteemi soov minna üle suurima termodünaamilise tõenäosusega olekusse, st suurendada entroopiat ( S>0). Kui protsess kulgeb nii, et  H=0 , siis saab entroopia kasvust selle ainus liikumapanev jõud. Ja vastupidi, tingimusel  S = 0 protsessi ainus liikumapanev jõud on entalpia kadumine. Sellega seoses võime rääkida entalpiast  H ja entroopia T S protsessi tegurid.

Maksimaalne töö. Hollandi füüsikaline keemik Van't Hoff pakkus välja uue keemilise afiinsuse teooria, mis keemilise afiinsuse olemust selgitamata piirdub selle mõõtmismeetodi näitamisega, st annab keemilise afiinsuse kvantitatiivse hinnangu.

Van't Hoff kasutab keemilise afiinsuse mõõtmiseks maksimaalset tööd A või A juures toimuvate reaktsioonide jaoks const), teised - konstantsel helitugevusel, T= konst või p, T = vastavalt käituma.

Maksimaalne töö on võrdne energiaga, mis tuleb süsteemile rakendada reaktsiooni peatamiseks, st keemilise afiinsusjõudude ületamiseks. Kuna reaktsioon kulgeb positiivse maksimaalse töö tegemise suunas, siis märk A või A määrab keemilise interaktsiooni spontaanse voolu suuna.

Maksimaalne töö konstantsel helitugevusel on

A = -  U+T S(13)

A = -(U 2 -U 1 ) + T(S 2 –S 1 ) = -[(U 2 – T.S. 2 ) – (U 1 – T.S. 1 )] (14)

kus U 1, S 1 ja U 2, S 2 on süsteemi siseenergia ja entroopia väärtused vastavalt alg- ja lõppolekus.

Erinevus (U - T.S.) helistas Helmholtzi energia süsteemid ja on tähistatud tähega F. Seega

A = -  F. (15)

Töö eesmärk: Tuumaelektrijaamade vee ettevalmistamise tehnoloogiaga ioonivahetusmeetodil tutvumine ja vee kvaliteedi võrdlus: tuumajaamade, joogi- ja järvevee tehnoloogilisteks vajadusteks. Tuumaelektrijaamade vee ettevalmistamise tehnoloogiaga ioonivahetusmeetodil tutvumine ja vee kvaliteedi võrdlus: tuumajaamade, joogi- ja järvevee tehnoloogilisteks vajadusteks.

Töö eesmärgid Töö eesmärgid: uurida Kalinini TEJ näitel nõudeid tehnoloogilisteks vajadusteks kasutatavale veele kaasaegses tuumaelektrijaamas. uurida Kalinini TEJ näitel nõudeid tehnoloogilisteks vajadusteks kasutatavale veele kaasaegses tuumaelektrijaamas. tutvuda ioonivahetusmeetodi teooriaga, tutvuda ioonivahetusmeetodi teooriaga, külastada Udomlja veevõtujaama ning tutvuda joogivee ja järvevee keemilise koostisega. külastada Udomlja veevõtujaama ning tutvuda joogivee ja järvevee keemilise koostisega. võrrelda joogivee ja tuumajaama teise ahela vee keemilise analüüsi näitajaid. võrrelda joogivee ja tuumajaama teise ahela vee keemilise analüüsi näitajaid.

Töö eesmärgid Töö eesmärgid: külastada Kalinini TEJ keemiatsehhi ja tutvuda: külastada Kalinini TEJ keemiatsehhi ja tutvuda: vee valmistamise protsessiga vee keemilisel töötlemisel; veepuhastusprotsessiga plokksoolamistehases; külastada teise ringi ekspresslaborit; külastada teise ringi ekspresslaborit; tutvuda teoreetiliselt vee eritöötluse tööga. tutvuda teoreetiliselt vee eritöötluse tööga. teha järeldusi ioonivahetuse tähtsusest vee valmistamisel. teha järeldusi ioonivahetuse tähtsusest vee valmistamisel.

TEJ seadmetele kehtivad ranged ohutuse, töökindluse ja töötõhususe nõuded. TEJ seadmetele kehtivad ranged ohutuse, töökindluse ja töötõhususe nõuded. Tuumaelektrijaama veekeemiline režiim peab olema korraldatud nii, et korrosioon ja muud mõjud tuumaelektrijaama süsteemide seadmetele ja torustikele ei tooks kaasa selle ohutu käitamise piiride ja tingimuste rikkumist. Tuumaelektrijaama veekeemiline režiim peab olema korraldatud nii, et korrosioon ja muud mõjud tuumaelektrijaama süsteemide seadmetele ja torustikele ei tooks kaasa selle ohutu käitamise piiride ja tingimuste rikkumist. Asjakohasus

Joogivee ja tuumaelektrijaama 2. kontuuri vee võrdlusomadused Indikaator Mõõtühik Joogivesi MPC 2. vooluringi vesi Kontrollväärtused Femg/l0.0945.00.005

Keemilise veepuhastuse (ionisatsiooni) soolatustamise osa skemaatiline diagramm Valmistada BSN FSD 14 OH II BCHOV OH I 10 H I H II 78 Eelpuhastatud (selgitatud) vesi

100% kondensaadist juhitakse läbi elektromagnetfiltrite läbi segatoimega filtrite on võimalik läbida nii 100% vett kui ka osa sellest. Seega vähenes ühe töötava segatoimega filtriga (puhastades 20% kondensaadist) erielektrijuhtivus: χ = 0,23 µS/cm – enne plokksoolamisjaama ja χ = 0,21 µS/cm – pärast plokksoolamistehast. .

VVER-1000 tüüpi reaktoritega jõuseadmel on neli suletud ahelat reovee kogumiseks ja töötlemiseks: organiseeritud lekked ja primaarkontuuri puhastusvesi; boori kontsentraat; aurugeneraatori puhastusvesi; äravooluvesi ja spetsiaalne pesuvesi. Nende paigalduste hulka kuuluvad: mehaanilised filtrid, H-katioon- ja OH-anioonfiltrid.

Kokkuvõte Kogu vee eelpuhastus- ja keemilise puhastuse seadmete äravool kogutakse maa-alusesse drenaaživeepaaki. Pärast neutraliseerimist juhitakse vesi süvamatmiskoha filtriplokki. Setistunud vesi pumbatakse umbes 1,5 km sügavusele kaevudesse. Seega välistab süvaladustuskoha kasutuselevõtt võimaluse suunata keskkonda tööstuslikku mitteradioaktiivset reovett.

Järeldus Vee ettevalmistamine ioonivahetusmeetodil võimaldab saavutada seadme ohutuks, töökindlaks ja säästlikuks tööks vajalikud väärtused. See on aga üsna kulukas protsess: 1 m 3 joogivee maksumus on 6,19 rubla ja 1 m 3 keemiliselt soolatud vee maksumus 20,4 rubla. (2007 andmed) - miks kasutatakse suletud veeringlustsükleid.

Keemiline energia on teada igale kaasaegsele inimesele ja seda kasutatakse laialdaselt kõikides tegevusvaldkondades.

See on inimkonnale teada olnud iidsetest aegadest ning seda on alati kasutatud nii igapäevaelus kui ka tootmises. Levinumad keemilist energiat kasutavad seadmed on: kamin, pliit, sepik, kõrgahi, tõrvik, gaasipõleti, kuul, kest, rakett, lennuk, auto. Keemilist energiat kasutatakse ravimite, plastide, sünteetiliste materjalide jms tootmisel.

Allikad

Enimkasutatavad keemilise energia allikad on: naftaväljad (nafta ja selle derivaadid), gaasikondensaadiväljad (maagaas), söebasseinid (kivisüsi), sood (turvas), metsad (puit), aga ka põllud (haljastaimed) , heinamaad ( põhk), meri (vetikad) jne.

Keemilised energiaallikad on "traditsioonilised", kuid nende kasutamine mõjutab planeedi kliimat. Ökosüsteemi normaalse toimimise käigus muudetakse päikeseenergia keemiliseks vormiks ja talletatakse selles pikka aega. Nende loodusvarude kasutamine ja isegi planeedi energiatasakaalu rikkumine toob kaasa ettearvamatud tagajärjed.

Inimene ei kasuta keemilist energiat otseselt (kui just mõnda keemilist reaktsiooni selliseks kasutuseks ei saa liigitada).

Tavaliselt vabaneb suure energiaga keemiliste sidemete purunemisel ja madala energiatarbega keemiliste sidemete tekkimisel eralduv keemiline energia keskkonda soojusenergiana. Keemilist energiat võib nimetada kõige levinumaks ja laialdasemalt kasutatavaks iidsetest aegadest tänapäevani. Iga põlemisega seotud protsess põhineb orgaanilise (harvemini mineraalse) aine ja hapniku keemilise vastasmõju energial.

Kaasaegne tööstuslik kõrgtehnoloogiline "põlemine" toimub sisepõlemismootorites ja gaasiturbiinides, plasmageneraatorites ja kütuseelementides. Sellistel seadmetel nagu turbiinid ja sisepõlemismootorid tooraine (keemiline energia) ja lõpptoote (elektrienergia) vahel on aga halb vahevahend – soojusenergia. Teadlaste ja inseneride suureks kahjuks tõhusus. soojusmasinad on üsna väikesed - mitte rohkem kui 40%. Tõhususe edasisele suurendamisele ei sea piiranguid mitte materjalid, vaid loodus ise. 40% on soojusmasina maksimaalne kasutegur ja seda pole võimalik veelgi tõsta.

Kütuseelement muundab keemiliste sidemete energia otse elektrienergiaks. Mõnes mõttes teeb sama asja ka plasmageneraator. Mõlemal juhul läheb osa energiast siiski kaotsi tekitatud ja hajutatud soojuse näol. Soojuse hajumise probleemi ei ole veel võimalik lahendada, mis vähendab isegi parima muunduri paigalduse efektiivsust.

Keemilised vastasmõjud on inimeste ja loomade kehade liikumise mehaanilise energia aluseks. Inimene sööb taimi ja loomi, saades neilt keemiliste sidemete energiat, mis tekkis fotosünteesi teel. Seega on keemilise energia esmaseks allikaks päikesekiirguse energia ehk tegelikult Päikesel toimuvate protsesside tuumasünteesienergia. Nagu kõik elusolendid Maal, toituvad inimesed lõpuks Päikese energiast.

Siin on mõned näited keemilise energia muundamise ahelatest

Põlemisel muutub püssirohi kuumadeks gaasideks, mis omakorda annavad kuulile kineetilise energia. Sel juhul omandab kuul kuumade gaaside kuumuse tõttu (nende "korrastamata" kineetiline energia) järjestatud kineetilise energia. Kust saavad molekulid ise soojusenergiat? Enne seda plahvatust oli püssirohi külm tahke aine, mis sisaldas "keemilise energia" varu. See sisaldas primaarse kütuse – kivisüsi, puitu, naftat – energiat. Ja see on molekulaarne energia, mis salvestatakse, kui soovite, aatomite jõuväljadesse. Kujutage ette, et keemiline ühend koosneb aatomitest, mis hoolimata tõrjuvatest vetruvatest aatomitevahelistest jõududest istuvad molekulis omal kohal ja "riiv on suletud". Potentsiaalne energia salvestatakse "kokkusurutud vedrudesse". Muidugi on keemiline energia palju keerulisem kui see mudel, kuid üldpilt on selge: aatomid ja molekulid salvestavad energiat, mis vabaneb osade keemiliste muutuste käigus ja salvestub teiste ajal. Enamik tuleohtlikke aineid vabastab hapnikus põletamisel oma energia, seega on nende energia seotud kütuse ja hapniku molekulide jõuväljadega. Raske on näidata, kus see asub, kuid selle kogus on üsna kindel, kuna energia muundamisel muudeks vormideks saame mõõta tööd, st saada jõu ja kauguse korrutis, näiteks nii palju džaule iga kilogrammi kohta. täielikult põlenud kütusest. Püssirohu või ilutulestiku raketi laengu keemilist energiat on lihtsam lokaliseerida. See kõik asub seal, kütusemolekulide sees.

Toit on keemilise energia allikas

Toit on keemilise energia allikas. Toit on inimestele ja loomadele kütus, mis annab neile keemilist energiat, mis viiakse vereringega seda vajavatesse lihastesse. Lihased suudavad osa saadud energiast muuta mehaaniliseks energiaks, tõstes koormusi ja tehes muud kasulikku tööd. Toit sisaldab peamiselt süsiniku, hapniku ja vesiniku aatomeid. Mõelgem näiteks kõige lihtsamale suhkrumolekulile glükoos C6H12O6, mis toetab lihaste tööd.

Kui lihased töötavad ja puhkavad, jagunevad selle kütuse molekulid pooleks, seejärel kuus H2O molekuli ja süsinikuaatomid ühinevad kopsudest tulevate hapnikuaatomitega, moodustades kuus CO2 molekuli. See on lühidalt väga lihtsustatud pilt elu keemiast. Toidu põhikomponendid – tärklis, suhkrud, rasvad ja valgud – on suured molekulid, mis on üles ehitatud väiksematest aatomitest koosnevatest molekulaarstruktuuridest.

Neid väikeseid komplekse sünteesivad taimed ja need seotakse mingil viisil kokku, moodustades taimseid aineid nagu süsivesikud ja tselluloos. Loomad, süües taimset või loomset toitu, lagundavad need ained ja jaotavad nende komponendid ümber nii, et tekivad soovitud suured molekulid. Loomad ise aga oma osi ei sünteesi. Liikumiseks ja muudeks tegevusteks vajaliku energia saavad nad teatud molekulaarsete komplekside edasise lagunemise kaudu süsihappegaasiks ja veeks. Taimed "assimileerisid" selle energia algselt päikesevalgusest ja salvestasid selliste komplekside sünteesi käigus keemiliste sidemete energia kujul. Nende väikeste komplekside sidumine ja lagunemine looma seedesüsteemis on tavaliselt lihtne ja ei nõua palju energiat, see saavutatakse kiiresti mikroobide või ensüümide abil. Meie toidus leiduvad suured molekulid sisalduvad süsivesikutest kuni tselluloosini, mis koosnevad paljudest lihtsate suhkrumolekulide rühmadest nagu glükoos, pika ahelaga rasvad CH2 ja valgud – veelgi suuremad ja väga keerulised molekulid, mis on vajalikud kudede ehitamiseks ja uuendamiseks. Protsess, mille käigus keemiline energia muundatakse kehasoojaks või lihaste tööks, on sisuliselt põlemine. Kui kütus põleb leegis, ühineb see hapnikuga, moodustades vee ja süsinikdioksiidi. Meie keha lihtsaim kütus, näiteks glükoos, ühineb kopsudest tuleva hapnikuga, moodustades ka vett ja süsihappegaasi, kuid protsess on palju aeglasem ja kavalam kui lihtsalt leegis põletamine; temperatuur on madal ja energia vabanemine on sama. Taimed neelavad õhust vett ja CO2, ühendavad need ning loovad suhkrut, tärklist ja tselluloosi – loomade peamisi energiaallikaid.

Loomade lihaste keemilise energia ammutamine käib umbes nii: toidust ekstraheeritakse lihtsaid suhkrumolekule (samamoodi nagu keemiatehases puidumassist ekstraheeritakse alkohol), mis talletatakse klastritesse, mis esindavad lahustumatute “loomade” molekule. tärklis. See tärklise molekulide varu lagundatakse vastavalt vajadusele ja säilitab lihaste varustamise suhkruga. Kui lihased tõmbuvad kokku ja teevad tööd, muundub suhkur kahes etapis veeks ja süsihappegaasiks. Loomad säilitavad ka taimse toidu rasvu ja “põletavad” neid keha soojendamiseks.

Siis loovad taimed taas kõik, mis inimese ja loomade poolt raisku läheb, ja jälle on kõik kasutusvalmis. Kuidas taimed seda teevad? Me ei saa leegi mõju "tagurpidi pöörata" ja põlenud aineid "elustada". Kuidas suudavad taimed seda "elusünteesi" saavutada, surudes kokku molekulidevaheliste jõudude vedrud ja sulgedes riivid? Kuna "riivi avamine" vabastab keemilist energiat, peavad taimed selle agregaadi loomisel investeerima. Nad vajavad nii energiavarusid kui ka seadet, mis kasutaks seda H2O ja CO2 molekulide suhkru- ja tärklisemolekulideks sünteesimiseks. Päikesevalgus varustab neid energiaga - valguslainete osadega, niiöelda pakitud kujul, ja kõiki toiminguid teostavad sellised "targad" taimemolekulid nagu roheline klorofüll. Päikesevalguse käes neelab taime roheline leht CO2 ja tekitab tärklist. Seega moodustab taimede ja loomade elu tsükli, mis algab vee, süsihappegaasi ja päikesevalgusega ning lõpeb vee, süsihappegaasi, soojuse ja loomade mehaanilise energiaga. Kõik meie autod, mida käitavad kivisüsi, nafta, tuul, langev vesi, kõik toitu tarbivad loomad, saavad lõpuks kütuse Päikeselt.

Lihtsalt kompleksist – Keemiline energia

• Piltide, piltide, fotode galerii.
• Keemilise reaktsiooni energia – põhialused, võimalused, väljavaated, areng.
• Huvitavad faktid, kasulik teave.
• Rohelised uudised – keemilise reaktsiooni energia.
• Lingid materjalidele ja allikatele – Keemiline energia.