Bài Giảng Nhiệt Động Hóa Học và Dầu Khí - chuong1 potx

1
NHIT NG HOÁ HC
VÀ HÓA KEO
I HC QUC GIA HÀ NI
I HC KHOA HC T NHIÊN
KHOA HOÁ HC
*******
Nguyn Xuân Hoàn
Giithiu chung
Kimtra, đánh giá: theo hình thcTínch
Mctiêuhcphn:
Các nguyên lí ca nhit đng hc
ng dng các nguyên lí đóvàocânbng hoá hc,
cân bng pha và dung dch
Các kin thc v h phân tán và mt s tính cht
Thigian: 30 gi (S TC = 3 )
(Lý thuyt :
70% –Bài tp: 30% -Thc hành thí
nghim: Thctp Hoá Lý)
Ni dung chi tit hcphn
Phn 1: Nhit đng hóa hc
Phn 1: Nhit đng hóa hc
Phn 2: Hóa hccht keo
Phn 2: Hóa hccht keo
Ü M đu
Ü Nguyên lý 1 caNhit đng hc
Ü Nguyên lý 2 caNhit đng hc
Ü Cân bng hóa hc
Ü Nguyên lý 3 caNhit đng hc
Ü Cân bng pha
Ü M đu

Ü Tính cht các h keo
Ü S bnvng tng đicah keo
Ü Giithiumts h thng keo
Tài liuthamkho môn hc
1. TrnVn Nhân, NguynThcSu, NguynVnTu.
Hóa lí, tpI vàtp II, Nhà xutbnGiáodc, Hà Ni,
1998.
2. V Ngc Ban. Giáo trình Nhit đng hoá hc, NXB i
hc Quc gia, 2004.
3. Nguyn ình Hu. Giáo trình Hoá lý, Tp I và Tp II,
NXB GD, Hà Ni, 2000.
4. Atkins P. W. Physical Chemistry, Part 1, Sixth Ed.
Oxford University Press, 1998.
5. Trn Vn Nhân, Hóa keo, Nhà XB HQG Hà ni
6. http://www
HÓA LÝ ?
S hiubit
Khoa hc
Hóa hc
Hóa lý
Nhân loiXãhi (khoa hc)
Vtlý Sinhhc
Hóa Phân tích Hóa Vô c, Hc
V mô (Macroscopis)
Nhit đng hc
Phân t (Molecular)
Hóa hc lng t
Phng pháp Ph
Nhit đng hcthng kê
ng hc

Bin điCân bng Cu trúc
HÓA LÝ ?
2
NHIT NG HÓA HC?
¬ Nghiên cu mqh gia nhitvàcácdng nng (c,
đin, hóa,…) và s bin đitrng thái cah
¬ Tìm ra quy lut xy ra cho h nghiên cu
¬ Nghiên cuvàchng minh s tnti các nguyên
lý 1, 2 và 3 ca NH
¬ ng dng các nglý đó vào cân bng hóa hc, cân
bng pha và dung dch
NHIT NG HÓA HC?
¬ Hiu ng nhitcaphn ng
¬ Chu hng và giihn caphn ng hóa hc
(nh hng các yu t bên ngoài: P, T, V,… lên
chuyndch cân bng caphn ng)
¬ Nghiên cucânbng pha (các qt nóng chy, bay
hi,…)
¬ Nghiên cu tính cht dung dch và các ng dng
thctinca các quy lut
¬ Quan tâm đn trng thái đu và cuicaphn ng
2
m
m
V
a
bV
RT
p −
−

=
Sadi Carnot
NHIT NG HÓA HC
Máy hi nc: S quay bánh và trcnh vào s giãn n ca hi ncvàlà mtquátrình
liên tip. Trong thct, cn phi có s mi ban đu cho bánh và trcquay.
2
m
m
V
a
bV
RT
p −
−
=
Sadi Carnot
NHIT NG HÓA HC
Le Chaterlier Gibbs François-Marie Raoult
KHÁI NIM
•H (System)
• Môi trng (Surrounding)
• Không gian (Universe)
H
Môi trng
Các loi H (Types of Systems)
• H m - Open System
• H kín - Closed System
• H cô lp - Isolated System
M
M



K
K
í
í
n
n
Cô l
Cô l


p
p
3
KHÁI NIM
Ü Trng thái (State)
Hàm trng thái
Ü Quá trình (Process)
HÀM TRNG THÁI – HÀM QUÁ TRÌNH ?
KHÁI NIM
Ü Cân bng (Equilibrium)
•Cânbng tnh
•Cânbng đng
KHÁI NIM
Ü Các loi cân bng
• Cân bng nhit (Thermal equilibrium)
• Cân bng c hc (Mechanical equilibrium)
• Cân bng pha (Phase equilibrium)
• Cân bng hóa hc (Chemical equilibrium)

Hàm trng thái và Phng trình trng thái
Trng thái ca1 h đcxác đnh bitphp các thông s nh T, P,
V, C
Các thông s trng thái  mi trng thái ch có 1 giá tr xác đnh
và ch
ph thucvàotrng thái : gilàhàmtrng thái
¦
T
1
, P
1
, V
1
, C
1
T
2
, P
2
, V
2
, C
2
•Khí lý tng
• Phtrình KLT
R = 0.0820578 L atm K-1 mol-1
= 8.31451 J K-1 mol-1
Phng trình trng thái ca khí lý tng
V
nRT

p =
Các ht ging nhau có kích thc vô cùng nh
so vi
th tích cakhi khí và không tng tác
vi nhau
• Khí thc
• Phtrình trng thái
2
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
=
V
n
a
nbV
nRT
p
Phng trình trng thái ca khí thc
a,b : hng s
 trng thái áp sut cao và nhit đ thp, lc tng tác giacácht trong khí (các phân t
hay nguyên t) có nh hng đáng k trong các tính cht cakhí
4
Phng trình trng thái ca khí thc
Khí thc: CO

2
2
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
=
V
n
a
nbV
nRT
p
• C-D-E: p = constant khi V
m
gim:
cht lng và khí nm trong cân
bng (ti áp sut hi)
• A: Khí, E: Lng
•Ti đim ti hn(T
c
, p
c
, V
c
)

pha khí và pha lng nm trong cân
bng
• Pha lng không hình thành khi
nhit đ ln hn nhit đ ti hn
(T
c
)
•T >T
c
thì PV gn nh không đi
nên khí coi nh lý tng.
KHÁI NIM
Quá trình và chu trình
• Quá trình
• Chu trình (Cycle)
State A
State B
i
j
k
l
KHÁI NIM
Quá trình (bin đi)
• Quá trình đng nhit
• Quá trình đng áp
• Quá trình đng tích
• Quá trình đon nhit
• Quá trình thun nghch
• Quá trình không thun nghch
Các dng Quá trình

State A
State B
KHÁI NIM
• Quá trình thun nghch
Dn h liên tip qua các trng thái cân bng
c đim c bn ca quá trình thun nghch là sau khi
quá trình thchinta cóth đa h tr li trng thái đu
mà môi trng xung quanh không chu1 bin đinào
(không nhn và không mt công)
State A
State B
i
j
k
l
KHÁI NIM
• Quá trình thun nghch: Giãn n thun nghch khí
System
P
H
1 2
P
ext
P
Gim
P
ext
P>P
ext
Cân bng

Cân bng mi
H
2 1
P
Tng
P
ext
P<P
ext
P
ext
P
ext
S trao đi nng lng
Nng lng:
Công
Nhit
Nng l
ng cah bao gm: đng nng chuyn đng tnh tin cah, th nng
tng tác c
ah trong trng trng và nng lng niti bên trong h gilàni
nng.
NH thng xét nhng h không chuyn đng và không chutác đng ca trng
ngoài, khi đóE
h
= U (Ni nng)
Hình th
ctruyn nng lng có liên quan đn s chuyn đng đnh hng ca
c
h

Hình thcchuyn nng lng t h này sang h khác ch liên quan đn s tng
c
ng đ chuyn đng ca các phân t trong h nhn nng lng
5
S trao đi nng lng
Trong NH, quy c:
Ü H nhn nhitQ > 0
Ü H phát nhitQ < 0
Ü H  sinh công A > 0 (*)
Ü H nhncôngA < 0
CaCO
3
CaO
CO
2
Heat Heat
Melting
Ice
Công A
NhitQ
(*): P. Atkin - H sinh công A < 0
S trao đi nng lng – Nhit
•S truyn nhit
• Nguyên lý 0 ca NH:
T
A
=T
B
, T
B

=T
C
→T
A
=T
C
Nhit dung
• Nhit dung ca1 h là t s gia lng nhith trao đivi
bi
n thiên tng ng nhit đ cah,
• Nhi
t dung có ý nghĩa là lng nhitcn thit đ nâng h
lên 1 Kenvin,
• Nhi
t dung ca1 h không có giá tr xác đnh vì Q là hàm
quá trình nên C ph
thuc vào cách tin hành ca quá trình
d
n nhitvàoh; có giá tr xác đnh khi ch rõ
đi
u kin dn
nhi
t vào h.
Q  dT ; C =
dT
Qδ
Công giãn n
P
ext
System

dV
1 2
P
P
ext
Áp sut
V
1
V
2
Th tích
∫
=
=
dVPA
dVPdA
ext
ext

dxFdA
ext
=
VPA
ext
Δ
=
nh nghiã Vtlý
Nhit đng hc
H sinh công A > 0
H thng th nguyên

Ü mét (m) - đn v chiu dài,
Ü kilôgam (kg) - đn v khi lng,
Ü giây (s) - đn v thi gian,
Ü mole (mol) - đn v lng cht
Ü đ Kelvin (K) - đn v nhit đ theo nhit đng hc,
Ü ampe - đn v cng đ dòng đin,
Ü canđêla (cd) - đn v đ sáng,
7 đn v c bn là:
H thng th nguyên
Lc : n v là Niutn (N). 1N = 1 kg.m.s
−2
Áp sut : n v là N.m
−2
hay pascal (Pa)
Th tích : n v là m
3
Nng lng : n v là Jun (J) 1J = 1N.m = 1 kg.m
2
.s
−2
1 cal = 4,18 jun = 0,0413 l .atm = 413 cm
3
.atm
1 atmôtphe k thut (kí hiu at) = 9,81.104 N.m
−2
= 0,981 bar