Giáo trình hóa lý 1 hay

MÔN HỌC

HÓA LÝ 1

(physical chemistry 1)

ThS. NGUYỄN HỮU SƠN

1


NỘI DUNG

30 tiết

Chương 1. Nhiệt hóa học
Chương 2. Chiều và giới hạn của quá trình
Chương 3. Cân bằng hóa học
Chương 4. Lý thuyết cân bằng pha
Chương 5. Cân bằng pha trong hệ một cấu tử
Chương 6. Dung dịch, cân bằng lỏng - hơi
Chương 7. Cân bằng lỏng – rắn
Chương 8. Hóa keo

2


CHƯƠNG 1

NHIỆT HÓA HỌC
CHEMICAL THERMODYNAMICS

3


MỤC TIÊU CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
• Nghiên cứu các quy luật về sự biến chuyển tương
hỗ của hóa năng và các dạng năng lượng khác
trong các quá trình hóa học.
• Nghiên cứu các điều kiện tự diễn biến (phản ứng
hóa học) và các điều kiện bền vững (trạng thái cân
bằng) của các hệ hóa học.

4


1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• Systems and Surroundings (Hệ
thống và môi trường)
• System (Hệ): part of the universe
we are interested in.
• Surroundings(môi trường ): the rest
of the universe.

5


1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
a. Hệ:
là lượng nhất định của một hay nhiều chất ở điều kiện
nhiệt độ, áp suất và nồng độ nhất định

- Hệ mở
- hệ kín
- hệ cô lập
- hệ đoạn nhiệt
- Hệ đồng thể, dị thể,
6


1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

b. Trạng thái
tập hợp tất cả các tính chất vĩ mô của hệ
- Thông số trạng thái: T, P, V, m, C, d, Cp,…
- Thông số cường độ: T, P, C, d,..
- Thông số dung độ: V, m, U,..
- Hàm trạng thái
U = f(T,P,n,…)
7


1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
c. Quá trình
Con đường mà hệ chuyển từ TT này sang TT khác
- Quá trình mở
- Quá trình kín (chu trình)
- Quá trình có V, P, T, q = const
- Hàm quá trình
d. Pha
tập hợp những phần đồng thể của hệ có cùng tính chất
lý hóa

8


2. NHIỆT VÀ CÔNG
Năng lượng là thước đo độ vận động của vật chất.
ứng với những hình thái vận động khác nhau của
vật chất chúng ta có những hình thái năng lượng
khác nhau như thế năng, động năng, nội năng…
Hai dạng thể hiện của năng lượng hóa học là:
NHIỆT (Q) và CÔNG (W)
Lưu ý: không có giá trị năng lượng bằng 0 tuyệt
đối mà chỉ có năng lượng bằng 0 ứng với một hệ
quy chiếu chuẩn nào đó.
9


Nhiệt
Nhiệt (q) là thước đo sự chuyển động hỗn loạn (chuyển
động nhiệt) của các tiểu phân tạo nên chất hay hệ.

Công
Công (w) là thước đo sự chuyển động có trật tự và có
hướng của các tiểu phân theo hướng của trường lực

Nội năng (U)
Nội năng (U) là năng lượng có sẵn, ẩn dấu bên trong hệ

10

Quy ước về dấu
Theo qui ước về dấu của nhiệt động học:
• Nếu hệ tỏa nhiệt thì nhiệt có trị số âm, q < 0.
• Nếu hệ thu nhiệt thì nhiệt có trị số dương, q > 0.
• Nếu hệ nhận công thì công có trị số âm, W < 0.
• Nếu hệ sinh công thì công có trị số dương, W > 0.

11


3. NGUYÊN LÝ I – NHIỆT ĐỘNG HỌC
BIỂU THỨC TOÁN HỌC
Nếu qi và wi là nhiệt và công trao đổi giữa hệ với môi
trường ngoài theo đường quá trình i thì qi và wi riêng rẽ
thay đổi theo đường quá trình nhưng tổng số qi + wi luôn
luôn là một hằng số không tùy thuộc đường quá trình mà
chỉ tùy thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ
mà thôi

∆U = Q+ A

Do quy ýớc về dấu nên biểu thức nguyên lý 1 được viết lại
như sau:

∆U = Q - A
12


NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
a. Quá trình đẳng tích

V= hằng số, dV=0
QV = ΔU
b. Quá trình đẳng áp
P = hằng số, dP=0
Qp = ΔH
Nếu hệ là khí lý tưởng thì

pV=nRT

Wp = nRΔT
ΔUp = Qp – nRΔT
13


NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
c. Quá trình giản nở đẳng nhiệt KLT
Định luật Joule: nội năng của khí lý tưởng chỉ
phụ thuộc vào nhiệt độ
ΔUT = 0

14


4. ĐỊNH LUẬT HESS
Nội dung

ịnh luật Hess
đ

Trong quá trình đẳng áp hay đẳng tích, nhiệt phản

ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái
cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian
của quá trình
QV = ΔU và Qp = ΔH
Đối với các quá trình của khí lý tưởng:
ΔH = ΔU + RTΔn.
H = U + PV ( enthalpy) – hàm trạng thái
15


4. ĐỊNH LUẬT HESS
Hệ quả đ ịnh luật Hess

ΔHnghịch = - ΔHthuận
ΔHphản ứng = ΔHssp

ΔHstc

ΔHphản ứng = ΔHctc

ΔHcsp

ΔHs : nhiệt sinh, nhiệt tạo thành
ΔHc : nhiệt cháy, thiêu nhiệt
16


∆H1 = ∆H2 + ∆H3
17

MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG
Đối với những quá trình có chất phản ứng hay sản phẩm
phản ứng ở thể khí thì ∆H và ∆U có thể khác xa nhau.
Với chất khí:
P∆V = ∆nRT
Trong đó ∆n là hiệu số phân tử gam của các sản phẩm khí
với số phân tử gam của các chất khí tham gia phản ứng.
Như vậy:
∆Η = ∆U + ∆nRT
Khi ∆n = 0 thì ∆H = ∆U , nhưng khi ∆n ≠ 0 thì ∆H ≠ ∆U
18


5. NHIỆT DUNG (C)
Nhiệt dung: Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ
là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị khối
lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ thêm 1o
- Nhiệt dung riêng
- Nhiệt dung đẳng tích
- Nhiệt dung đẳng áp

c=

δQ
dT

cv =

δQv

dT

cp =

δQp
dT

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt dung
Cp = ao + a1.T + a2.T2 + ..
19


6. NHIỆT CHUYỂN PHA (λcp)
• Nhiệt chuyển pha là nhiệt lượng cần thiết cần cung cấp cho
một đơn vị khối lượng chất thực hiện quá trình chuyển pha
• Quá trình chuyển pha các chất nguyên chất là đẳng nhiệt
- Nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ:

λhh = - λnt
- Nhiệt nóng chảy và nhiệt đông đặt:

λnc = - λđđ
- Nhiệt thăng hoa

λth = λnc + λhh
20


7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng
nhiệt phản ứng

Định luật Kirchhoff

∆HT = ∆Ho + ∫∆CpdT
Công thức gần đúng (trong khoảng nhiệt độ hẹp)

∆HT2 = ∆H1 + ∆Cp(T2 – T1)

21


CHƯƠNG 2

NGUYÊN LÝ II
CHIỀU VÀ GIỚI HẠN
CỦA QUÁ TRÌNH

1

Nguyen Huu Son


1. Sự biến đổi tự nhiên (spontaneous change)
 Là một biến đổi xảy ra được một cách tự nhiên mà không cần
tác động của yếu tố bên ngoài.
 Một biến đổi tự nhiên không nhất thiết phải xảy ra nhanh.
 Chiều của biến đổi tự nhiên có thể phụ thuộc vào nhiệt độ.
 Xét về mặt năng lượng các quá trình hóa học có xu hướng tự
diễn ra khi có sự giảm enthalpy.

2

Nguyen Huu Son


1. Sự biến đổi tự nhiên (spontaneous change)

 Tuy nhiên, một số quá trình vẫn diễn ra khi enthalpy
bằng 0 hoặc lớn hơn 0.
Do đó, chỉ dựa vào sự biến đổi nội năng (hay Enthalpy
∆H) thì không thể tiên đoán được chiều phản ứng.
 Để tiên đoán chính xác chiều hướng của phản ứng ta
cần phải xem xét một yếu tố nữa đó là ĐỘ MẤT TRẬT
TỰ của hệ (được thể hiện qua giá trị ENTROPY ký hiệu là
S)

3

Nguyen Huu Son


Các quá trình thuận nghịch
Reversible Processes
Trong một quá trình thuận nghịch hệ
thống thay đổi theo cách hệ thống và
môi trường xung quanh có thể trở lại
trạng thái ban đầu bởi quá trình thuận
nghịch
(In a reversible process the system
changes in such a way that the
system and surroundings can be put

back in their original states by
exactly reversing the process)
Sự thay đổi là rất nhỏ ở quá trình thuận
nghịch
(Changes are infinitesimally small in a
reversible process.)
4

Nguyen Huu Son