Nhiệt hóa họcChương 1 Hóa đại cương 2

NHIỆT HÓA HỌC

Le Phuoc Hien- Bachelor (Undergraduated)- Faculty of Materials Science
and Technology
University of Science, Vietnam National University, Ho Chi Minh City
(VNU-HCM)




MỘT SỐ KHÁI NIỆM CẦN THIẾT

HỆ VÀ MÔI TRƯỜNG
Hệ là tập hợp các vật thể
xác định trong khơng gian
nào đó và phần cịn lại
xung quanh là mơi trường

TRẠNG THÁI CỦA HỆ
Trạng thái của hệ được xác
định bằng tập hợp các thơng số
biểu diễn các tính chất lý hóa
của hệ như: nhiệt độ, áp suất,
thể tích, thành phần, năng
lượng,…


MỘT SỐ KHÁI NIỆM CẦN THIẾT

Q TRÌNH
Qúa trình là sự biến đổi

xảy ra trong hệ gắn liền
với sự thay đổi của ít nhất
một thơng số trạng thái

NĂNG LƯỢNG, NHIỆT
VÀ CƠNG
Nhiệt và cơng là hình thức
trao đổi năng lượng của hệ
với môi trường.


HỆ VÀ MƠI TRƯỜNG

Trong Hóa Học, hệ là lượng nhất định của một hay nhiều chất ở
điều kiện nhiệt độ, áp suất và nồng độ nào đó

HỆ MỞ

Tự do trao đổi chất, nhiệt
với mơi trường xung quanh

HỆ KÍN

Tự do trao đổi nhiệt, khơng
trao đổi chất với mơi trường
xung quanh

HỆ CƠ
LẬP

Khơng tương tác trao đổi
nhiệt, chất với môi trường
xung quanh


HỆ VÀ MƠI TRƯỜNG

Trong Hóa Học, hệ là lượng nhất định của một hay nhiều chất ở
điều kiện nhiệt độ, áp suất và nồng độ nào đó

HỆ ĐỒNG
THỂ
HỆ DỊ
THỂ
HỆ ĐỒNG
NHẤT

Khơng có ranh giới phân
chia hệ thành những phần
có tính chất hóa lý khác
nhau
Có bề mặt phân chia hệ
thành các phần có tính chất
hóa lý khác nhau. Pha gọi là
phần đồng thể của hệ dị thể
Là hệ đồng thể có tính chất
hóa lý giống nhau ở mọi
điểm của hệ

HỆ MỞ
Tự do trao đổi chất, nhiệt với môi
trường xung quanh

Hơi nước
Khơng
khí, bụi

Bình chứa cà phê nóng tỏa nhiệt và
bay hơi nước ra môi trường

Nhiệt

Nhiệt

This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-NC


HỆ KÍN
Tự do trao đổi nhiệt, khơng trao đổi
chất với mơi trường xung quanh.
Cốc đựng nước có đậy nắp được xem
là hệ kín vì có trao đổi nhiệt với mơi
trường, nhưng không trao đổi chất

Nhiệt
Nhiệt


HỆ CƠ LẬP

Khơng tương tác trao đổi nhiệt, chất
với mơi trường xung quanh.
Bình giữ nhiệt có thể xem như một hệ
cơ lập vì khơng có sự trao đổi chất,
nhiệt với mơi trường bên ngồi

This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA


HỆ ĐỒNG THỂ
Khơng có ranh giới phân
chia hệ thành những phần
có tính chất hóa lý khác
nhau
Bầu khí quyển có thể được
xem như hệ đồng thể vì hệ
gồm các chất thuộc pha khí


HỆ DỊ THỂ

Cu(OH)2(s)

Có bề mặt phân chia hệ
thành các phần có tính chất
hóa lý khác nhau. Pha gọi là
phần đồng thể của hệ dị thể
Cho từ từ vài giọt NaOH vào dung dịch
CuSO4 xảy ra phản ứng:
2NaOH(aq)+ CuSO4(aq)Cu(OH)2(s) + Na2SO4(aq)

Trong hệ có CuSO4 dư, Na2SO4
thuộc pha nước, Cu(OH)2 thuộc pha rắn

Na+(aq)
Cu2+(aq)
SO42-(aq)
OH-(aq)


TRẠNG THÁI CỦA HỆ
Trạng thái của hệ được xác định bằng tập hợp các thơng
số biểu diễn các tính chất lý hóa của hệ như: nhiệt độ, áp
suất, thể tích, thành phần, năng lượng,…

Các thông số trên được gọi là các thông số trạng thái,
chúng liên hệ với nhau bằng các phương trình trạng thái
Có 2 loại thơng số trạng thái:
THÔNG SỐ DUNG ĐỘ

THÔNG SỐ CƯỜNG ĐỘ

Phụ thuộc vào lượng chất:
Thể tích, khối lượng, số
mol,…

Khơng phụ thuộc vào
lượng chất: nhiệt độ, áp
suất, thành phần, khối
lượng riêng

TRẠNG THÁI CỦA HỆ
Trạng thái cân bằng là trạng thái khi các thông số trạng
thái giống nhau ở mọi điểm của hệ, không đổi theo thời
gian.
Hàm trạng thái là đại lượng nhiệt động có giá trị chỉ phụ
thuộc vào các thông số trạng thái của hệ mà không phụ
thuộc vào cách biến đổi của hệ (không phụ thuộc vào
đường đi của hệ)
VD: Nhiệt độ (T), áp suất (P), thể tích (V), nội năng (U),
enthalpy (H), entropy (S), năng lượng tự do Gibbs (G),… là
những hàm trạng thái.


TRẠNG THÁI CỦA HỆ
Trong nhiệt động học để tiện so sánh, đối chiếu, lập các
bảng dữ liệu của các đại lượng nhiệt động và sử dụng
chúng, người ta quy ước về trạng thái chuẩn. Theo quy
ước này, trạng thái chuẩn của chất tương ứng các điều
kiện chuẩn sau:
 Chất phải tinh khiết và ở trạng thái liên hợp bền dưới
áp suất và nhiệt độ chuẩn
 Nếu là chất rắn thì phải ở dạng trạng thái (một chất
kết tinh theo cấu trúc khác nhau) bền
 Nếu là chất khí thì phải là khí lí tưởng (1 bar, 0oC)
 Nếu là chất lỏng trong dung dịch thì nồng độ phải là 1
mol/l


Q TRÌNH CỦA HỆ

Qúa trình là sự biển đổi xảy ra trong hệ gắn
liền với sự thay đổi của ít nhất một thơng số
trạng thái:
◆
◆
◆
◆

Qúa trình đẳng áp là q trình xảy ra ở
điều kiện áp suất khơng đổi
Qúa trình đẳng tích là q trình xảy ra ở
thể tích khơng đổi
Qúa trình đẳng nhiệt là quá trình xảy ra ở
nhiệt độ khơng đổi
Qúa trình đoạn nhiệt là q trình khơng có
sự trao đổi năng lượng giữa hệ thống với
mơi trường ngoài.


Q TRÌNH CỦA HỆ
Qúa trình là sự biển đổi xảy ra trong hệ gắn
liền với sự thay đổi của ít nhất một thơng số
trạng thái:
◆

Qúa trình thuận nghịch là q trình có thể
diễn ra theo cả hai chiều thuận-nghịch dễ
dàng khi có sự thay đổi điều kiện thí
nghiệm rất nhỏ. Thực hiện vô cùng chậm
qua các trạng thái trung gian cân bằng.

◆

Qúa trình bất thuận nghịch ngược lại với
quá trình thuận nghịch (biển đổi tự nhiên)


NĂNG LƯỢNG,
NHIỆT VÀ CÔNG
Năng lượng là khả năng thực hiện cơng hoặc
sinh nhiệt. Nhiệt và cơng là hình thức trao đổi
năng lượng của hệ với mơi trường Trong bất kì
q trình nào cũng có sự thu hay phát ra nhiệt
hoặc công hoặc cả hai.
Năng lượng tồn tại trong các chất dưới dạng
động năng và thế năng
 Động năng: dạng năng lượng của chuyển
động về không gian: Ek=.m.v2 (J= 1kg.m2.s2
)
 Thế năng: năng lượng do tương tác lẫn nhau
giữa các vật thể


NHIỆT
Là năng lượng trao đổi giữa hệ và môi trường như một kết quả
của sự biến đổi nhiệt độ.
VD: năng lượng của một người có cơ thể ấm phát ra làm cho
một người bị lạnh cảm nhận được, năng lượng đó là nhiệt.
Dưới cấp độ nguyên tử, nguyên tử của cơ thể người ấm thông
qua va chạm làm mất động năng còn những nguyên tử của cơ

thể người chịu lạnh nhận đông năng cho đến khi động năng
của hai bên giống nhau (nhiệt độ của hai bên bằng nhau)
Nhiệt không chỉ có thể gây ra sự thay đổi nhiệt độ. Trong một vài
trường hợp, nhiệt cũng có thể gây ra sự chuyển đổi trạng thái
của các chất.
VD: viên nước đá khi để ngoài nắng sẽ bị chảy thành nước lỏng,
nước lỏng tiếp tục hóa hơi


NHIỆT
Mặc dù ta thường thấy những cụm từ như :nhận nhiệt, sinh nhiệt
trao đổi nhiệt,… nhưng không thể dùng những cụm từ trên để
ngộ nhận rằng một hệ có thể chứa nhiệt. Trong phần nguyên lí I
Nhiệt động lực học, mức tích tụ năng lượng của hệ là một lượng
gọi là nội năng. Nhiệt chỉ đơn giản là hình thức mà một lượng năng
lượng có thể chuyển qua lại giữa hệ và mơi trường.
Khá hợp lí để dự đốn nhiệt lượng (q-quantity of heat) cần để thay
đổi nhiệt độ của chất phụ thuộc vào:
 Biến thiên nhiệt độ
 Lượng chất
 Bản chất của chất
Chúng ta sẽ tìm hiểu sau về lượng nhiệt cần để đạt đến sự thay đổi
nhiệt độ nhất định còn phụ thuộc vào việc truyền nhiệt dưới điều
kiện như thế nào (ví dụ như một chất được làm nóng dưới điều kiện
đẳng nhiệt hay đẳng áp)


NHIỆT
Trong lịch sử, lượng nhiệt cần thiết để thay đổi nhiệt độ của 1 gam
nước trên 1 độ C được gọi là calorie (cal). Calorie là một đơn vị

nhỏ và kilocalorie (kcal) cũng được sử dụng rộng rãi. Nhiệt lượng
trong hệ SI đơn giản là Joule (J)
1 cal = 4,814 J


NHIỆT DUNG
Lượng nhiệt cần thiết để thay đổi nhiệt độ của hệ tăng
1 độ được gọi là nhiệt dung của hệ. Nhiệt dung được
biểu thị bằng kí hiệu C. Tính bằng công thức:
C=
-1
C: nhiệt dung (J.K hoặc J.OC-1)
q: nhiệt lượng (J)
Biến thiên nhiệt độ (K)
- Nếu hệ thay đổi nhiệt độ tại điều kiện đẳng áp, kí
hiệu nhiệt dung là CP
- Nếu hệ thay đổi nhiệt độ tại điều kiện đẳng tích, kí
hiệu nhiệt dung là Cv
Hầu hết các quá trình đều được xem như xảy ra tại
điều kiện đẳng áp
Đối với các chất nguyên chất, nhiệt dung thường được