Chemical Thermodynamics and Non-Electrolytes 312 234 Biophysical Chemistry Chemical Thermodynamics and Non-Electrolytes ผศ.ดร. อัจฉรา ห้อง 4511-1 Electrochemistry ผศ.ดร. สมเกียรติ/ Chemical Kinetics ผศ.ดร. ไฉนพร

เอกสารอ้างอิง - Atkins - Alberty - Laidler & Meiser Physical Chemistry Basic Physical Chemistry - Atkins - Alberty - Laidler & Meiser

Thermodynamics Chemical Thermodynamics - Walls Biophysical Chemistry

หนังสือเกี่ยวกับ Physical Chemistry ทุกเล่ม General / Basic / Fundamental Chemistry Thermodynamics

หัวข้อที่สอน (16 ชั่วโมง) -นิยามของเทอมต่าง ๆ ระบบ - สิ่งแวดล้อม สภาวะ - ฟังก์ชันสภาวะ งาน - ความร้อน

- กฎข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์ เอนทาลปี - ความจุความร้อน เทอร์โมเคมี - The Carnot Cycle, เอนโทรปี กฎข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ การเกิดได้เอง และการผันกลับได้

-กฎข้อที่ 3 ของเทอร์โมไดนามิกส์ -พลังงานอิสระและ Phase Equilibria -พลังงานอิสระและค่าคงที่สมดุล

-พลังงานอิสระและการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิและความดันของระบบ - Phase Rules - Ideal solution & Real solution - Raoult’s Laws & Henry Laws - สมบัติคอลลิเกทีฟ

อุณหพลศาสตร์ เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา เกี่ยวกับพลังงาน กำลังงาน การเปลี่ยนแปลง พลังงาน เมื่อสสารเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งทางกายภาพและทางเคมี ข้อมูลทาง อุณหพลศาสตร์จะใช้ในการทำนายว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เองหรือไม่ แต่จะไม่ สามารถบอกอัตราเร็วของปฏิกิริยาได้

System & Surroundings System Surroundings ขอบเขต & บริเวณ system ที่สนใจศึกษา System system Surroundings

ระบบเปิด (open system) : มีการแลกเปลี่ยนพลังงาน & มวลสาร ระบบปิด (closed system) ระบบโดดเดี่ยว (isolated system)

ปิดสนิท น้ำเกลือ (H2O + NaCl) ตั้งไว้ที่ 45 0C

สภาวะและฟังก์ชันสภาวะ (State and State function)

PV=nRT สมการสภาวะ : (equation of State) R= 0.0821 lit-atm K-1 mol-1 8.314 J K-1 mol-1

Van der Waals equation (P + an2) (V-nb) = nRT V2

ฟังก์ชันสภาวะ หรือ ตัวแปรสภาวะ คือ ปริมาณต่าง ๆ ที่บ่งบอกสภาวะ (State function, State variable) 1. ไม่ขึ้นกับวิถีการเปลี่ยนแปลงของระบบ แต่จะขึ้นกับสภาวะ ตั้งต้น (initaial Stute) และสภาวะสุดท้าย (final State) เท่านั้น dX = Xf - Xi X2 - X1 2.

3. คำนวณได้จากฟังก์ชันสภาวะใด ๆ

ตัวอย่างของฟังก์ชันสภาวะ ปริมาตร อุณหภูมิ ความดัน จำนวนโมล พลังงานภายใน เอนทาลปี เอนโทรปี พลังงานอิสระ

Extensive Variables Intensive Variables ตัวแปรที่ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบ Intensive Variables ตัวแปรที่ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบ

งานที่เกี่ยวข้องมีค่าเท่ากับ 10 kJ mol-1 งานการขยายตัวของแก๊ส มีค่าเท่ากับ 20 kJ งานที่เกี่ยวข้องมีค่าเท่ากับ 10 kJ mol-1

Physics : งานและความร้อน Work : W งาน = แรงxระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง

W = f l h2 f W = mgh = mgh2- mgh1 h1 งาน =การเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์

a = v2-v1 ความเร็วเฉลี่ย l2-l1 = (v1+v2) t ; a W = (ma) l = ma (l2-l1)

2 2 = 1 mv22-1 mv12 2 2 w = m (v2-v1)(v1+v2) t = 1 m (v22-v12) t งาน = การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์

งานในทางกลศาสตร์ คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

งานในทางเทอร์โมไดนามิกส์ คือ “การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของระบบ ภายใต้อิทธิพลของความดันภายนอก” (External pressure)

เมื่อ l2 > l1 l2 l1 สมการที่ใช้คือ w = - fext (l2-l1) w = -fext (Al2-Al1) A l2 fext l1 A A w = - Pext(V2-V1)

PV-work : w = -Pext DV งานการเปลี่ยนแปลงปริมาตรภายใต้แรงดันภายนอก หน่วยของงาน : J หรือ N m หรือ kg m2 s-2 หรือ dm3 - atm

นิยาม : งานที่สิ่งแวดล้อมกระทำต่อระบบ (ระบบเล็กลง,หดตัว) มีค่าเป็นบวก (positive value) งานการขยายตัวของแก๊สมีค่าเป็นลบ

State Function Path Function

งานเป็น State Function ??

V1, P1 V1, P1 P1 P2 V2, P2 V2, P2 V1 V2 V1 V2

Dwrev = - P dV P V Equilibrium Path และ Reversible Process W = - P dV

W = - P dV B A แทนค่า P = nRT V

= Isothermal reversible expansion of ideal gas compression อุณหภูมิคงที่ (DT = 0) =

w = - nRT ln (V2/V1) = nRT ln (V1/V2) w = nRT ln (P2/P1)

ความร้อน (Heat) สมดุลทางความร้อน (thermal equilibrium) ความร้อน คือ พลังงานที่ถ่ายเทข้ามขอบเขต ของระบบกับสิ่งแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ ต่างไปจากระบบ

T1 > T2 1 2 1 2 โดยที่ T1 > Tf > T2 heat flow Tf = Tf q 1 2 ที่สมดุล : Tf = Tf heat flow 1 2 โดยที่ T1 > Tf > T2