László Krisztina, Grofcsik András, Kállay Mihály, Kubinyi Miklós

Fizikai kémia 1.

Kémiai termodinamika

Feladatok

Mekkora a térfogati munka, ha a) egy mol alumíniumot b) 1 mol argont melegítünk 25 oC-ról 100 oC-ra 1 bar állandó nyomáson? Az alumínium sűrűsége 25 oC-on 2,70 g/cm3, moláris hőkapacitása 24,27 J mol K-1, köbös hőtágulási együtthatója 7,5·10-5 K-1, móltömege 27,0 g/mol. Az argon moláris hőkapacitása 20,79 J mol K-1 (5/2R), tekintsük tökéletes gáznak.

Megoldás:
1. Egy mol Al térfogata: V0 = 27/2,7 = 10 cm3. A térfogatváltozás: ΔV = V0 α ΔT = 10 cm3 · 7,5 · 10-5 K-1 · 75 K = 0,056 cm3 = 5,6·10-8 m3W = –pΔV = –105 Pa · 5,6·10-8 m3 = –5,6·10-3 J (nagyon kicsi)
2. Tökéletes gáz: W = –pΔV = –nRΔT = 1 mol · 8,314 J mol K-1 · 75 K = –623 JNem volt szükség a moláris hőkapacitásra.
Mennyivel nő az entalpiája és belső energiája
1. 1 mol alumíniumnak,
2. 1 mol argonnak,
ha pontosan 1000 J hővel melegítjük 1 bar állandó nyomáson? A kiindulási hőmérséklet mindkét esetben 25 oC. Az alumínium sűrűsége 25 oC-on 2,70 g/cm3, moláris hőkapacitása 24,27 J mol K-1, köbös hőtágulási együtthatója 7,5·10-5 K-1, móltömege 27,0 g/mol. Az argon moláris hőkapacitása Cmp = 20,79 J mol K-1 (5/2R), tekintsük tökéletes gáznak.

Az a) esetben az eredményt 6 értékes jegyre számítsuk ki, hogy lássuk a különbséget az entalpia és a belső energia változása között.

Megoldás:
1. Az entalpiaváltozás 1000 J (állandó nyomáson a közölt hővel egyenlő).
  
  ΔT = 1000/24,27 = 41,2 K Vo = 10 cm3
  
  ΔU = ΔH – pΔVΔV = V0 α ΔT = 10 cm3 7,5·10-5 K-1 · 41,2 K = 0,0309 cm3 = 3,09·10-8 m3
  
  ΔU = ΔH – pΔV = 1000 J – 105 · 3,09·10-8 = 1000 – 0.003 = 999,997 J
  
  Tehát a belső energia változása 5 értékes jegyre megegyezik az entalpia változásával.
2. Az entalpiaváltozás 1000 J (állandó nyomáson a közölt hővel egyenlő).
  
  ΔT = 1000/20,79 = 48,1 K
  
  pΔV = nRΔT = 8,314 · 48,1 = 400 J
  
  ΔU = ΔH – pΔV = 1000 – 400 = 600 J (jelentősen különbözik ΔH-tól)

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2017

ISBN: 978 963 454 137 0

Kémia BME VBK tankönyvek

Ez a tananyag elsősorban vegyész- és vegyészmérnök hallgatók számára készült bevezető jellegű munka. Megértéséhez szükség van matematikai ismeretekre, beleértve a differenciál- és integrálszámítást. A fizikai kémia három nagy területe az egyensúly, a változás és a szerkezet. Ezek közül az első témát, az egyensúly kérdését járjuk körül a klasszikus termodinamika módszereivel. Ismertetjük a termodinamika három főtételét, bevezetjük a termodinamika fontos állapotfüggvényeit; a belső energiát, entalpiát, entrópiát, szabadenergiát, szabadentalpiát és a kémiai potenciált. Segítségükkel meghatározhatjuk a folyamatok irányát és az egyensúlyi állapotokat. Részletesen foglalkozunk tökéletes és reális gázok tulajdonságaival, elegyekkel, egy- és többkomponensű fázisegyensúlyokkal, termokémiával, kémiai egyensúlyokkal és elektrolitok termodinamikai leírásával. A kidolgozott példákkal az a célunk, hogy segítsük a tananyag mélyebb megértését.

Hivatkozás: https://mersz.hu/laszlo-grofcsik-kallay-kubinyi-fizikai-kemia-1//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero