CHIMIE*C* CE. TERMODINAMICA CHIMIC I ECHILIBRUL CHIMIC

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CE.

TERMODINAMICA CHIMIC I ECHILIBRUL

CHIMIC

CHIMIE*C* CE. TERMODINAMICA CHIMIC I ECHILIBRUL CHIMIC

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CUPRINS

Cuvnt nainte ................................................................................................................................................ 4Capitolul CE.01. Noiuni fundamentale i definiii.... 6

CE.01.1. Sistem termodinamic .......................................................................................................... 6CE.01.2. Stare termodinamic. Mrimi de stare. 7CE.01.3. Proces termodinamic 8CE.01.4. Echilibrul termodinamic.. 11CE.01.5. Parametri de stare............. 11

Capitolul CE.02. Principiul I al termodinamicii. 14 CE.02.1. Lucrul mecanic, cldura, energia......................................................................................... 14 CE.02.2. Energia intern..................................................................................................................... 15 CE.02.3. Formularea principiului nti al termodinamicii.................................................................. 17 CE.02.4. Dilatarea............................................................................................................................... 17 CE.02.5. Calorimetria......................................................................................................................... 20 CE.02.6. Experimentul Gay-Lussac- Joule......................................................................................... 24 CE.02.7. Entalpia................................................................................................................................ 25 CE.02.8. Variaia entalpiei cu temperatura......................................................................................... 29 CE.02.9. Relaia ntre capacitile calorice ale gazului ideal; ecuaia Robert-Mayer......................... 31 CE.02.10. Termochimia...................................................................................................................... 32 CE.02.10.1. Legea Lavoisier-Laplace.................................................................................... 33 CE.02.10.2. Legea Hess.......................................................................................................... 34 CE.02.10.3. Entalpiile transformrilor fizice trH.. 34 CE.02.10.4. Calculul entalpiei de reacie .. 38Capitolul CE.03. Principiul II al termodinamicii 45 CE.03.1. Sensul proceselor spontane.................................................................................................. 45 CE.03.2. Ciclul Carnot........................................................................................................................ 46 CE.03.3. Entropia................................................................................................................................ 49 CE.03.4. Calcularea entropiei la diferite temperaturi......................................................................... 51 CE.03.5. Energiile Helmholtz i Gibbs............................................................................................... 52 CE.03.6. Potenialul chimic................................................................................................................ 54Capitolul CE.04. Echilibre de faz.................................................................................................................. 56 CE.04.1. Diagrame de faz................................................................................................................. 56 CE.04.1.1. Diagrama de faze a apei........................................................................................ 59 CE.04.1.2. Diagrama de faze a dioxidului de carbon............................................................. 60 CE.04.1.3. Diagrama de faze a carbonului............................................................................. 60 CE.04.1.4. Exemplu de discutare a unei diagrame de faze..................................................... 61 CE.04.2. Stabilitatea fazelor i tranziii de faz.................................................................................. 63 CE.04.3. Curbele de echilibru ntre faze............................................................................................. 65 CE.04.4. Faze, componeni i grade de libertate................................................................................. 67 CE.04.5. Legea fazelor........................................................................................................................ 68 CE.04.6. Legea lui Raoult................................................................................................................... 70Capitolul CE.05. Echilibrul chimic................................................................................................................. 73 CE.05.1. Legea aciunii maselor (Guldberg-Waage 1863)................................................................. 73 CE.05.2. Echilibrul chimic n sisteme omogene (gaze, lichide)......................................................... 74 CE.05.3. Relaiile matematice ntre Kp, Kc i Kx n sisteme omogene....................................... 76 CE.05.4. Echilibrul chimic eterogen................................................................................................... 77 CE.05.5. Deplasarea echilibrului chimic............................................................................................ 78 CE.05.6. Echilibre acido bazice....................................................................................................... 79 CE.05.7. Calculul pH-ului n soluii de acizi, baze i sruri cu hidroliz........................................... 81 CE.05.7.1. Calculul pH-ului soluiilor tampon....................................................................... 85 CE.05.8. Echilibre de solubilitate....................................................................................................... 85Capitolul CE.06. Laborator ............................................................................................................................ 88 CE.06.1. Lucrare de laborator - Echilibre de solubilitate I................................................................. 88 CE.06.2. Lucrare de laborator - Echilibre de solubilitate II................................................................ 90Capitolul CE.07. Autoevaluare........................................................................................................................ 92

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Capitolul CE.01. Noiuni fundamentale i definiii............................................................................ 92 Exerciii i probleme rezolvate ... 92 Exerciii i probleme propuse spre rezolvare . 92 ntrebri/ chestiuni recapitulative ................................................................................................... 92 Capitolul CE.02. Principiul I al termodinamicii............................................................................. 93 Exerciii i probleme rezolvate ... 93 Exerciii i probleme propuse spre rezolvare . 95 ntrebri/ chestiuni recapitulative ................................................................................................... 96 Capitolul CE.03. Principiul II al termodinamicii................................................................................ 97 Exerciii i probleme rezolvate ... 97 Exerciii i probleme propuse spre rezolvare . 98 ntrebri/ chestiuni recapitulative ................................................................................................... 98 Capitolul CE.04. Echilibre de faz................................................................................. 100 Exerciii i probleme rezolvate ... 100 Exerciii i probleme propuse spre rezolvare . 101 ntrebri/ chestiuni recapitulative ................................................................................................... 102 Capitolul CE.05. Echilibrul chimic................................................................................. 102 Exerciii i probleme rezolvate ... 102 Exerciii i probleme propuse spre rezolvare . 103 ntrebri/ chestiuni recapitulative ................................................................................................... 104Capitolul CE.08. Bibliografie.......................................................................................................................... 106

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Cuvnt nainte

Termodinamica chimic are ca obiect studiul macroscopic al fenomenelor fizico-chimice care au loc cu schimb de cldur i efectuare de lucru mecanic, numele fiind derivat din limba greac ( therme = cldur, dynamis = putere).

Bazele termodinamicii au fost dezvoltate ncepnd cu secolul al XIX-lea, cnd interesul pentru perfecionarea mainilor termice a determinat studiul principiilor ce intervin la transformarea cldurii n lucru mecanic. n continuare, teoriile i principiile termodinamicii au fost extinse la alte ramuri ale fizicii, chimiei i aplicaiilor tehnice ale acestora.

La baza dezvoltrii acestei tiine stau cteva principii fundamentale, sau postulate, stabilite experimental. Cele mai importante dintre acestea sunt considerate cele cunoscute sub denumirea de principiile I i respectiv II ale termodinamicii. Primul principiu caracterizeaz, din punct de vedere cantitativ, transformarea energiei dintr-o form n alta, fiind important n special n stabilirea bilanurilor energetice ale transformrilor. Al doilea principiu determin sensul de derulare al transformrilor fizice i chimice. Spre deosebire de alte ramuri ale chimiei, studi