(např. objem, energie, hmota)

Transkript

1 1. ZÁLDNÍ POJMY Syém (ouava) čá rooru a jeho hmoná náň, keré jou ředměem ermodynamické úvahy. Okoí oba mimo yém. Syém a okoí jou odděeny kuečnými nebo myšenými ěnami, jejichž vanoi je nuno okoí řeně urči. Mohou edy bý ohybivé nebo evné, ak yém může nebo nemůže měni ráce objem, mohou bý eeně vodivé nebo ro hmoa yém enerie eo nerouné aod. eo Obr. 1-1 Syém a okoí Pode komunikace yému okoím je zvykem rozišova oevřený vyměňuje okoím hmou i enerii yém uzavřený vyměňuje okoím enerii, nikoi však hmou izoovaný nevyměňuje okoím ani hmou ani enerii Pode vniřního avu: homoenní je vořen jedinou fází yém heeroenní je ožen ze dvou nebo více fází, odděených orým rozhraním, na němž e vanoi yému mění kokem Fáze je oba, jejíž vanoi jou ve všech čáech ejné, o říadě e mění ynue. V yému může exiova řada fází, z nichž někeré mají ejné kuenví. Pyny za obvykých odmínek e neomezeně míí a voří homoenní mě. aainy někeré jou vzájemně úně míiené, řada jiných e míí jen omezeně (vyvářejí heeroenní yémy, nař. voda neoární oranické áky) uhé áky homoenní mě voří jen výjimečně Vanoi yému Sav yému je charakerizován jeho vanomi. Poče vanoí, ořebných k určení avu yému, záeží na jeho ožioi. oiu avu yému je možno ouží exenzivních jou adiivní, jejich hodnoa je rovna ouču jednoivých čáí, z nichž je yém ožen vanoí (nař. objem, enerie, hmoa) inenzivních nezávií na veikoi ani hmoě yému, nejou adiivní (nař. eoa, ak, koncenrace, huoa, měrný objem, moární objem) Vanoi yému mohou bý avové, jejichž hodnoy závií ouze na avu yému, ne na funkce ceě, jakou e yém do daného avu doa rocení (neavové), keré jou ojeny určiým dějem Vybrané zákadní veičiny Množví Hmono m - zákadní jednokou hmonoi je 1 k; dáe e oužívá menších jednoek: k, 1 m 10 6 k, 1 µ 10 9 k Zákadní ojmy 1

2 Lákové množví n - zákadní jednokou je 1 mo, j. akové ákové množví, keré obahuje oik eemenárních jednoek (aomů, moeku,...), koik je uhíkových aomů v 0,012 k uhíku 12, což je ode oučaných znaoí N 6, aomů/mo ao hodnoa je označována jako voadrova konana. Moární hmono M - hmono áky, kerá obahuje 1 mo moeku, j. oik moeku, koik udává voadrova konana. V zákadních jednokách SI ouavy má moární hmono rozměr k mo 1. Hodnoa moární hmonoi v ěcho jednokách je 1000krá menší než hodnoa v mo 1, uváděná v abukách. Mezi ákovým množvím a moární hmonoí aí vzah m n M (1.1) Déka Zákadní jednoka je 1 m (déka dráhy, kerou urazí věo ve vakuu za 1/ ). Daší oužívané jednoky: 1 dm 10 1 m, 1 cm 10 2 m, 1 mm 10 3 m, 1 µm 10 6 m, 1 nm 10 9 m, 1 m m eoa Zákadní jednokou abouní eoy je 1 (kevin) 1/273,16 dí abouní eoy rojného bodu vody. Vede abouní eoy e ješě oužívá eiova ( o ), Fahrenheiova ( o F) a Rankinova ( o R) eoní unice: ( o ) () 273,15; ( o F) 1,8 [() 255,37] ; ( o R) 1,8 () Vybrané odvozené veičiny Objem V Zákadní jednokou objemu v SI ouavě je 1 m 3 ; čao však oužíváme jednoek menších, 1 dm 3, oř. 1 cm 3. Dříve oužívaná jednoka 1 ir 1 dm 3. Moární objem V m je objem jednoho mou áky: V m V/n. (1.2) Měrný objem V je objem vzažený na určiou hmono: V V/m. (1.3) Mezi měrným a ecifickým objemem aí: V m M V. (1.4) Huoa Měrná huoa - hmono objemové jednoky a edy řevrácená hodnoa měrného objemu: ρ m/v1/v. (1.5) Huoa ákového množví (koncenrace) - ákové množví obažené v jednoce objemu a edy řevrácená hodnoa moárního objemu: ρ m n/v1/v m. (1.6) ak je definován jako ía, kerou yém ůobí na ošnou jednoku ěny má edy rozměr ía/ocha, v SI ouavě 1 Pa 1 N m 2 1 k m 1 2. V ierauře najdeme údaje i ve dříve oužívaných jednokách: 1 bar 10 5 N m 2 (meeorooové, keří dříve oužívai miibary, 1mbar 10 2 N m 2, nám nyní háí ak v hekoacaech) 1 am 1, N m 2, 1 orr ( 1 mm H) 1/760 am 133,32 N m 2 Zákadní ojmy 2

3 Sožení (koncenrace) Syém, kerý obahuje ouze jeden druh moeku, e označuje jako čiá áka. Jeiže yém obahuje více druhů moeku, je označován jako mě; je-i jedna áka (rozoušědo) výrazně v řebyku, muvíme o rozoku. Jednoivé áky, vořící yém, jou nazývány ožky. Pode oču ožek: měi binární (dvouožkové), ernární (říožkové), kvaernární (čyřožkové) ad. romě veičin, ořebných k charakerizaci čiých áek (jednoožkových yémů) je u víceožkových yémů zaořebí uda aké jejich ožení. Nejčaěji e oužívá Moární zomek ožky i: x i n i /n, (1.7) kde n i je ákové množví ožky i a n Σn i je cekové ákové množví měi. Z definice je zřejmé, že ouče moárních zomků všech ožek muí bý roven jedné: Σx i 1. Pro určení ožení k-ožkového yému je edy zaořebí k 1 údajů, roože moární zomek jedné ze ožek (nař. ožky k) je určen moárními zomky zbývajících ožek: x k 1 x 1 x 2 x k 1 (1.8) Moární rocena ožky i: mo.% 100 x i (1.9) Hmononí zomek ožky i: w i m i /m, (1.10) kde m i je ákové množví ožky i a m Σm i je cekové ákové množví měi. aké zde, je ouče hmononích zomků všech ožek roven jedné a ro určení ožení k-ožkového yému je edy zaořebí k 1 údajů: Σw i 1; w k 1 w 1 w 2 w k 1 (1.11) Hmononí rocena ožky i: hm.% 100 w i (1.12) Mezi hmononími a moárními zomky aí ni / M i xi (1.13) n1 n2 L ni L nk w1 / M 1 w2 / M 2 L / M i L wk / M k neboť hmononí zomek ředavuje hmono uvažované ožky v jednokové hmonoi měi a edy ode (1.1) n i w i /M i.. mi xi M i (1.14) m m m L m x M x M L x M L x M 1 2 L i k kde moární zomek je ákové množví ožky v jednom mou měi, m i x i M i.. Objemový zomek ožky i V x i i V m, i φi (1.15) V i xi V m, i kde V i a V m,i jou objem a moární objem čié áky i (ve ejném kuenkém avu jako mě). Oě aí Σφ i 1 (1.16) Ve měi ideáních ynů je objemový zomek roven zomku moárnímu. oncenrace c i (najdeme i název áková koncenrace) označuje ákové množví i-é áky, n i, obažené v jednokovém objemu měi: c i n i /V (1.17) (V je cekový objem měi). Zákadní jednokou je mo m 3, ae v raxi e čaěji oužívá jednoky mo dm 3, ro kerou e dříve oužíva název moaria nebo moární koncenrace (dne e nedooručuje; výraz moární označuje veičiny, charakerizující yém, kerý obahuje 1 mo). Jak objemové zomky, ak koncenrace c i záviejí na eoě, což ředavuje značnou nevýhodu. Moaia m i je ákové množví ožky i řiadající v rozoku na jednokovou hmono rozoušěda (jemuž je zvykem řiřazova index 1 ): m i n i /m 1 (1.18) i i k k Zákadní ojmy 3

4 Havní jednokou je mo k 1. U vemi zředěných rozoků ze ředokáda, že číené hodnoy koncenrace c i a moaiy m i jou rakicky ejné. Reaivní nayceno φ S ímo ojmem e ekáváme nejčaěji ři charakerizaci obahu vody ve vzduchu či v ynech, kdy muvíme o reaivní vhkoi. Parciání ak vody (H 2 O) (viz r. 13) v ynné měi může za nízkých aků doáhnou maximáně hodnoy nayceného aku áry (H 2 O) (viz r. 11) ři dané eoě. Je-i obah vody ve vzduchu vyšší (ři vyšších arciáních acích), začne e voda z ynu vyučova v kaané formě a její obah v arní fázi okene na hodnou, kerá odovídá aku naycené áry. Reaivní vhko v rocenech (o co ýcháme v ředovědi očaí) je definována vzahem: (H2O) φ 100 (1.19) (H2O) Děje robíhající v yému Mění-i e av yému, říkáme, že v něm robíhá určiý děj. Přiom ojmem děj rozumíme širokou škáu nejrůznějších roceů od jednoduchých fyzikáních změn (nař. zahřívání), ře chemické reakce, až o ožié mnohauňové rocey. Jednoivé druhy dějů je možno rozděova ode různých kriérií. Věšinu exerimenů e nažíme uořáda ak, aby e během ceého děje jedna nebo více ermodynamických veičin neměnia. akové děje jou označovány ředonou izo- a ymboem konanní veičiny v hranaých závorkách, oř. ymboem konanní veičiny ve formě indexu u edované vanoi X. Nejčaěji e vykyují děj konanní veičina označení izoermický eoa [], X izobarický ak [], X izochorický objem [V], X V adiabaický yém nevyměňuje okoím eo [ad], X ad Savové chování yému Pode avu uořádanoi, v jakém e mohou vykyova aomy, moekuy, oř. iony ři vyváření hmoných ceků, e rozišují ři havní kuenké (areání) avy hmoy: V ynném avu jou moekuy oměrně řídce rozýeny v rooru, kerý rovnoměrně vyňují. Pohybují e v něm zcea neuořádaně, ři čemž na ebe neuáe narážejí. eno ohyb brání moekuám hukova e v ěnější vazky. Odud vyývá dokonaá varová roměnivo ynu a veká roměnivo jeho objemu ři změnách aku a eoy. U kaain jou již moekuy ve áém yku, kerý je udržován jejich řiaživými iami. Mají ješě určiou vono ohybu, akže nezaujímají vzájemně áé oohy, ae ři om e nemění jejich mezimoekuární vzdáenoi. Proo kaainy nadno mění vůj var, ae objemové změny záviející na vnějších odmínkách jou značně omezené. Ve kuenví uhém jou aomy, moekuy či iony rovněž v ěném yku, ae na rozdí od kaain jeví v ceém objemu, kerý zaujímají, vniřní uořádano. Vyvářejí evnou rukuru, ve keré jou jejich vzájemné oohy fixovány a čáice mohou kmia jen ve vymezených oohách. Láky v uhém avu jou roo odoné jak roi varovým ak roi objemovým změnám. aždá áka e může obecně vykyova v kerémkoi z ěcho kuenkých avů. Snižování eoy odoruje uanění řiaživých i mezi čáicemi, keré e ak mohou ěně hukova, až vyvoří ravideně uořádané ekuení. Zvyšování eoy uo uořádano naoak ruší a řevádí áku do kaaného a ynného avu. omu naomáhá oučané nižování aku. eoa a ak, ři kerých dochází k řechodu áky z jednoho kuenví do druhého, závií na ovaze áky amé. Zákadní ojmy 4

5 Vzah mezi eoou, akem, ákovým množvím ožek v yému a jeho objemem, j. avové chování yému, může bý vyjádřeno raficky, omocí avového diaramu nebo ve formě maemaického vzahu avové rovnice. Na zákadě znaoi avového chování yému ze ak zíka řadu daších důežiých ermodynamických veičin (viz 3. hemická ermodynamika). Savový diaram U jednoožkové ouavy (j. čié áky) je avové chování vyjádřeno závioí mezi řemi roměnnými, akem, eoou a moárním objemem (V m V/n). Pro rafické znázornění je edy zaořebí roorového diaramu. Ukázka avového diaramu ro jednoožkovou ouavu je uvedena na obr V diaramu jou vyznačeny obai exience ynné, kaané a uhé fáze a dáe obai dvoufázové, a, ve kerých jou v rovnováze vždy dvě uvedené fáze. Při odmínkách daných římkou koexiují ři fáze. Proorový diaram však není ro běžné oužívání říiš říhodný, a roo e oužívá dvourozměrných diaramů, keré znázorňují závio dvou roměnných ro konanní hodnoy řeí roměnné (na obr. 1-2 znázorněny rojekce -V m, -V m, a -). kriický bod kriická eoa kriický ak eoa rojného bodu ak naycené áry v rojném bodě Vm Vm V m oba exience uhé fáze oba exience kaané fáze oba exience ynné fáze Obr. 1-2 Fázový diaram jednoožkové ouavy Savová rovnice Savový diaram je ice názorný, ae ro výočy by byo ideání mí k diozici vzah, kerý by oiova závio mezi avovými roměnnými ro uvažovaný yém a o ro odmínky, ři nichž exiuje jak v ynném, ak v kaaném i uhém avu - avovou rovnici: f (,, V, n 1, n 2,...) 0 (1.20) Obecně však ao reace není známa; je možno k ní ouze v někerých říadech jiým řibížením doracova. Nejée je eno robém vyřešen ro yny. Zákadní ojmy 5