Термодинамика

Fe + S   FeS

6. Пример. Реакция синтеза аммиака является обратимой:

N2 + 3H2  2NH3

start="7"

 

8. При 200 атм и 400 0С достигается максимальное и равное 36% (по объему) содержание NH3 в реакционной смеси. При дальнейшем повышении температуры вследствие усиленного протекания обратной реакции объемная доля аммиака в смеси уменьшается. 
   Прямая и обратная реакции протекают одновременно в противоположных направлениях.

Во всех обратимых реакциях скорость прямой реакции уменьшается, скорость обратной реакции возрастает до тех пор, пока обе скорости не станут равными и не установится состояние равновесия.

10. В состоянии равновесия скорости прямой и обратной реакции становятся равными.
11. ПРИНЦИП ЛЕ-ШАТЕЛЬЕ.СМЕЩЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ.
12. Положение химического равновесия зависит от следующих парамктров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на химическую реакцию, подчиняются закономерности, которая была высказана в общем виде в 1884 году французским ученым Ле-Шателье. Современная формулировка принципа Ле-Шателье такова:

Если на систему,находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то система перейдет в другое состояние так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия.

13. 1. Влияние температуры. В каждой обратимой реакции одно из направлений отвечает экзотермическому процессу, а другое - эндотермическому.

N2 + 3H2  2NH3 + Q

14. Прямая реакция - экзотермическая, а обратная реакция - эндотермическая. Влияние изменения температуры на положение химического равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры - в направлении экзотермической реакции.

15. 2. Влияние давления. Во всех реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объема за счет изменения количества вещества при переоходе от исходных веществ к продуктам, на положение равновесия влияет давление в системе. 
    Влияние давления на положение равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом;  при понижении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с большим объемом

 

 

16. 3. Влияние концентрации. Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;  при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

КРИТЕРИИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ

9.1.     Тепловое равновесие и неравенство Клаузиуса Как уже отмечалось ранее, полученные в классической феноменологической термодинамике («термостатике») связи между термодинамическими величинами относятся к состояниям термодинамического равновесия или весьма близким к ним (пренебрежимо мало отличающимся от равновесных). Что же касается процессов перехода к состоянию теплового равновесия, то о них до сих пор говорилось только, что изолированная (полностью отключенная от всех внешних влияний) термодинамическая система сама собой идет к состоянию термодинамического равновесия, то есть к выравниванию по всему объему всех интенсивных термодинамических характеристик. Этот опытный факт зафиксирован в той части содержания второго начала термодинамики, которая утверждает, что энтропия любой изолированной термодинамической системы стремится  к максимуму. Этот критерий термодинамического равновесия (максимальность энтропии) связан с выполнением довольно неудобных для практических приложений условий. Действительно, стремление энтропии к максимуму при приближении термодинамической системы к равновесному состоянию справедливо только для изолированных систем, что, конечно, отнюдь не всегда осуществляется на практике, и, следовательно, этот критерий равновесия для практики не всегда удобен. Поэтому необходимо рассмотреть критерии равновесия для неизолированных термодинамических систем и найти другие (не энтропию) функции состояния термодинамической системы, которые будут стремиться к экстремуму при самопроизвольном переходе к равновесному состоянию термодинамических систем в условиях неизолированности, то есть в условиях наличия силовых, тепловых и вещественных контактов систем с внешними телами. Неравновесность накладывает определенные ограничения. В феноменологической термодинамике термодинамические функции состояния, уравнения состояния (термические и термодинамические) и даже некоторые термодинамические параметры (например, температура) определены, то есть имеют смысл, только для систем, находящихся в равновесном состоянии. Поэтому следует особо отметить, о чем может идти речь, когда обсуждается состояние системы, не находящейся в состоянии равновесия, а лишь приближающейся к этому состоянию. То есть, следует определиться с пониманием того, что подразумевается под параметрами и функциями состояния в условиях некоторого отклонения от состояния равновесия, а именно, определиться с тем, что мы понимаем под вариациями функций и параметров. Под этим надлежит понимать такие процедуры, выполняемые с термодинамическими системами, при которых на функции и параметры накладываются  определенные ограничения. А именно,  мы будем считать, что рассматриваемую термодинамическую систему всегда можно разделить на квазиизолированные друг от друга области (то есть, энергия взаимодействия частей системы много меньше энергии каждой из частей). В таких случаях термодинамические состояния в подсистемах можно рассматривать как независимые друг от друга и равновесные (небольшие подсистемы быстрее приходят в состояние равновесия, чем вся система). При этом аддитивные функции состояния (например, энергия или энтропия) могут считаться равными сумме функций, найденных для равновесных частей, хотя, конечно, их значения могут отличаться от тех значений, которые они имели бы при установлении общего равновесия во всей системе.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 
 
Мы видели , что необратимость времени тесно связана с 
неустойчивостями в открытых системах . И.Р. Пригожин определяет два 
времени . Одно - динамическое , позволяющее задать описание движения 
точки в классической механике или изменение волновой функции в квантовой 
механике . Другое время - новое внутренние время , которое существует 
только для неустойчивых динамических систем . Оно характеризует 
состояние системы , связанное с энтропией . 
 
Процессы биологического или общественного развития не имеют конечного 
состояния . Эти процессы неограниченны . Здесь , с одной стороны , как 
мы видели , нет какого-либо противоречия со вторым началом термодинамики 
, а с другой стороны - четко виден поступательный характер развития 
(прогресса) в открытой системе. Развитие связано , вообще говоря , с 
углублением неравновесности , а значит , в принципе с 
усовершенствованием структуры . Однако с усложнением структуры 
возрастает число и глубина неустойчивостей , вероятность бифуркации .  
 
Успехи решения многих задач позволили выделить в них общие 
закономерности , ввести новые понятия и на этой основе сформулировать 
новую систему взглядов - синергетику . Она изучает вопросы 
самоорганизации и поэтому должна давать картину развития и принципы 
самоорганизации сложных систем , чтобы применять их в управлении . Эта 
задача имеет огромное значение , и , по нашему мнению , успехи в ее 
исследовании будут означать продвижение в решении глобальных задач : 
проблемы управляемого термоядерного синтеза , экологических проблем , 
задач управления и других .  
 
Мы понимаем , что все приведенные в работе примеры относятся к 
модельным задачам , и многим профессионалам , работающим в 
соответствующих областях науки , они могут показаться слишком простыми . 
В одном они правы : использование идей и представлений синергетики не 
должно подменять глубокого анализа конкретной ситуации . Выяснить , 
каким может быть путь от модельных задач и общих принципов к реальной 
проблеме - дело специалистов. Кратко можно сказать так : если в 
изучаемой системе можно выделить один самый важный процесс (или 
небольшое их число) , то проанализировать его поможет синергетика . Она 
указывает направление , в котором нужно двигаться . И , по-видимому , 
это уже много.  
 
Исследование большинства реальных нелинейных задач было невозможно 
без вычислительного эксперимента , без построения приближенных и 
качественных моделей изучаемых процессов (синергетика играет важную роль 
в их создании). Оба подхода дополняют друг друга . Эффективность 
применения одного зачастую определяется успешным использованием другого 
. Поэтому будущее синергетики тесно связано с развитием и широким 
использованием вычислительного эксперимента .  
 
Изученные в последние годы простейшие нелинейные среды обладают 
сложными и интересными свойствами . Структуры в таких средах могут 
развиваться независимо и быть локализованы, могут размножаться и 
взаимодействовать . Эти модели могут оказаться полезными при изучении 
широкого круга явлений .  
 
Известно , что имеется некоторая разобщенность естественно научной и 
гуманитарной культур . Сближение , а в дальнейшем , возможно , 
гармоническое взаимообогащение этих культур может быть осуществлено на 
фундаменте нового диалога с природой на языке термодинамики открытых 
систем и синергетики . 
 
ЛИТЕРАТУРА : 
 
Базаров И.П. Термодинамика. - М.: Высшая школа, 1991 г. 
 
Гленсдорф П. , Пригожин И. Термодинамическая теория структуры , 
устойчивости и флуктуаций. - М.: Мир, 1973 г. 
 
Карери Д. Порядок и беспорядок в структуре материи. - М.: Мир, 1995 г. 
 
Курдюшов С.П. , Малинецкий Г.Г. Синергетика - теория самоорганизации. 
Идеи , методы перспективы. - М.: Знание, 1983 г. 
 
Николис Г. , Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. - 
М.: Мир, 1979 г. 
 
Николис Г. , Пригожин И. Познание сложного. - М.: Мир, 1990 г. 
 
Перовский И.Г. Лекции по теории дифференциальных уравнений. - М.: МГУ, 
1980 г. 
 
Попов Д.Е. Междисциплинарные связи и синергетика. - КГПУ, 1996 г. 
 
Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. - М.: 
Иностранная литература , 1960 г. 
 
Пригожин И. От существующего к возникающему. - М.: Наука, 1985 г. 
 
Синергетика , сборник статей. - М.: Мир, 1984 г. 
 
Хакен Г. Синергетика . - М.: Мир , 1980 г. 
 
Хакен Г. Синергетика . Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся 
системах и устройствах . - М.: Мир , 1985 г. 
 
Шелепин Л.А. В дали от равновесия. - М.: Знание, 1987 г. 
 
Эйген М. , Шустер П. Гиперцикл . Принципы самоорганизации макромолекул 
. - М.: Мир , 1982 г. 
 
Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. - М.: Мир , 1987 г