TERMODINAMIK SÜREÇLER: TÜRLERI VE ÖRNEKLERI - KIMYA - 2025

Termodinamik süreçler bir sistem ve çevresi arasındaki ısı akışını (enerji) ya da iş ile ilgili fiziksel ya da kimyasal olgulardır. Isıdan bahsederken, akla mantıklı bir şekilde ateşin görüntüsü gelir ve bu, çok fazla termal enerji açığa çıkaran bir sürecin özlü tezahürüdür.

Sistem hem makroskopik (bir tren, bir roket, bir yanardağ) hem de mikroskobik (atomlar, bakteriler, moleküller, kuantum noktaları vb.) Olabilir. Bu, ona giren veya çıkan ısı veya işi dikkate almak için evrenin geri kalanından ayrılır.

Bununla birlikte, sadece ısı akışı mevcut olmakla kalmaz, aynı zamanda sistemler, dikkate alınan fenomene bir yanıt olarak çevrelerindeki bazı değişkenlerde değişiklikler de oluşturabilir. Termodinamik yasalara göre, madde ve enerjinin her zaman korunabilmesi için tepki ile ısı arasında bir değiş tokuş olmalıdır.

Yukarıdakiler makroskopik ve mikroskobik sistemler için geçerlidir. İlk ve son arasındaki fark, enerji durumlarını (özünde ilk ve son) tanımladığı düşünülen değişkenlerdir.

Bununla birlikte, termodinamik modeller, sistemlerin basıncı, hacmi ve sıcaklığı gibi değişkenleri kontrol ederek her iki dünyayı birbirine bağlamayı amaçlar ve bu sabitlerin bazılarını diğerlerinin etkisini incelemek için tutar.

Bu yaklaşıma izin veren ilk model ideal gazlardır (PV = nRT), burada n, hacim V ile bölündüğünde molar hacmi veren mol sayısıdır.

Ardından, sistem-çevre arasındaki değişiklikleri bu değişkenlerin bir fonksiyonu olarak ifade ederek, makineler ve endüstriyel süreçler için gerekli olan iş (PV = W) gibi diğerleri tanımlanabilir.

Öte yandan, kimyasal fenomenler için diğer termodinamik değişken türleri daha fazla ilgi çekicidir. Bunlar doğrudan enerjinin salınması veya emilmesi ile ilgilidir ve moleküllerin iç doğasına bağlıdır: bağların oluşumu ve türleri.

Termodinamik süreçlerdeki sistemler ve olaylar

Üstteki resimde üç tip sistem gösterilmektedir: kapalı, açık ve adyabatik.

Kapalı sistemde, onunla çevresi arasında hiçbir madde aktarımı yoktur, böylece hiçbir madde girip çıkamaz; ancak enerji kutunun sınırlarını aşabilir. Başka bir deyişle: F fenomeni enerjiyi serbest bırakabilir veya emebilir, böylece kutunun ötesinde olanı değiştirebilir.

Öte yandan, açık sistemde sistemin ufuklarının noktalı çizgileri vardır, bu da hem enerjinin hem de maddenin onunla çevresi arasına girip girebileceği anlamına gelir.

Son olarak, yalıtılmış bir sistemde onunla çevresi arasındaki madde ve enerji alışverişi sıfırdır; bu nedenle görüntüde üçüncü kutu bir baloncuğun içine alınmıştır. Çevrenin evrenin geri kalanı olabileceğini ve çalışmanın, sistemin kapsamının ne kadar uzağa ele alınacağını tanımlayan çalışma olduğunu açıklığa kavuşturmak gerekir.

Fiziksel ve kimyasal olaylar

F fenomeni özellikle nedir? F harfiyle ve sarı bir daire içinde gösterilen fenomen, meydana gelen bir değişikliktir ve maddenin fiziksel modifikasyonu veya dönüşümü olabilir.

Fark ne? Kısaca: Birincisi kopmaz veya yeni bağlantılar oluşturmaz, ikincisi ise yapar.

Bu nedenle, fenomenin fiziksel veya kimyasal olmasına göre termodinamik bir süreç düşünülebilir. Bununla birlikte, her ikisinin ortak noktası, bazı moleküler veya atomik özelliklerde bir değişikliğe sahiptir.

Fiziksel olay örnekleri

Bir tencerede su ısıtmak, molekülleri arasındaki çarpışmalarda, buharının basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu noktaya kadar artışa ve ardından sıvıdan gaza faz değişimine neden olur. Başka bir deyişle: su buharlaşır.

Burada su molekülleri bağlarından hiçbirini koparmıyor, ancak enerjisel değişimler geçiriyorlar; veya aynısı, suyun iç enerjisi U modifiye edilir.

Bu durum için termodinamik değişkenler nelerdir? Atmosferik basınç P _ex , pişirme gazının yanmasının sıcaklık ürünü ve su hacmi.

Atmosferik basınç sabittir, ancak ısındığı için suyun sıcaklığı sabit değildir; ne de hacim, çünkü molekülleri uzayda genişliyor. Bu, izobarik bir süreç içindeki fiziksel bir fenomenin bir örneğidir; yani sabit basınçta bir termodinamik sistem.

Ya fasulyeli suyu düdüklü tencereye koyarsan? Bu durumda hacim sabit kalır (çekirdekler pişirildiğinde basınç serbest kalmadığı sürece), ancak basınç ve sıcaklık değişir.

Bunun nedeni, üretilen gazın kaçamaması ve tencerenin duvarlarından ve sıvının yüzeyinden sekmesidir. O zaman başka bir fiziksel fenomenden bahsediyoruz, ancak eşzamanlı bir süreç içinde.

Kimyasal olay örnekleri

Moleküler veya atomik yapı gibi mikroskobik faktörlere özgü termodinamik değişkenler olduğundan bahsedildi. Bu değişkenler nelerdir? Entalpi (H), entropi (S), iç enerji (U) ve Gibbs serbest enerjisi (S).

Maddenin bu içsel değişkenleri, seçilen matematiksel modele (genellikle ideal gazlar) göre makroskopik termodinamik değişkenler (P, T ve V) cinsinden tanımlanır ve ifade edilir. Bu termodinamik çalışmalar sayesinde kimyasal olaylar üzerinde gerçekleştirilebilir.

Örneğin, A + B => C tipi bir kimyasal reaksiyonu incelemek istiyorsunuz, ancak reaksiyon yalnızca 70 ºC sıcaklıkta gerçekleşiyor. Ayrıca 100 ºC'nin üzerindeki sıcaklıklarda C üretilmek yerine D.

Bu koşullar altında, reaktör (reaksiyonun gerçekleştiği tertibat) 70 C civarında sabit bir sıcaklığı garanti etmelidir, bu nedenle proses izotermaldir.

Termodinamik süreçlerin türleri ve örnekleri

Adyabatik süreçler

Sistem ve çevresi arasında net transfer olmayanlardır. Uzun vadede bu, yalıtılmış bir sistemle (balonun içindeki kutu) garanti edilir.

Örnekler

Bunun bir örneği, kimyasal bir reaksiyondan (yanma, çözünme, oksidasyon, vb.) Salınan veya emilen ısı miktarını belirleyen kalorimetrelerdir.

Fiziksel olayların içinde, pistonlar üzerine uygulanan basınç nedeniyle sıcak gazın oluşturduğu hareket vardır. Aynı şekilde, bir hava akımı karasal bir yüzeye basınç uyguladığında, genişlemeye zorlandıkça sıcaklığı artar.

Öte yandan, diğer yüzey gazlıysa ve yoğunluğu düşükse, daha yüksek bir basınç hissettiğinde sıcaklığı düşecek ve parçacıklarını yoğunlaşmaya zorlayacaktır.

Adyabatik süreçler, daha düşük ısı kaybının maliyetlere yansıyan daha düşük performans anlamına geldiği birçok endüstriyel süreç için idealdir. Böyle düşünmek için, ısı akışının sıfır olması veya sisteme giren ısı miktarının sisteme giren ısı miktarına eşit olması gerekir.

İzotermal süreçler

İzotermal süreçler, sistemin sıcaklığının sabit kaldığı süreçlerdir. Bunu iş yaparak yapar, böylece diğer değişkenler (P ve V) zamanla değişir.

Örnekler

Bu tür termodinamik işlemlerin örnekleri sayısızdır. Özünde, hücre aktivitesinin çoğu sabit sıcaklıkta (hücre zarları boyunca iyon ve su değişimi) gerçekleşir. Kimyasal reaksiyonlar içinde, termal dengeyi oluşturanların tümü izotermal prosesler olarak kabul edilir.

İnsan metabolizması, geniş bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla sabit bir vücut ısısını (yaklaşık 37ºC) korumayı başarır. Bu, gıdalardan elde edilen enerji sayesinde elde edilir.

Faz değişiklikleri aynı zamanda izotermal süreçlerdir. Örneğin, bir sıvı donduğunda ısı açığa çıkararak, tamamen katı faza geçene kadar sıcaklığın düşmeye devam etmesini engeller. Bu gerçekleştiğinde, katı artık enerji salmadığı için sıcaklık düşmeye devam edebilir.

İdeal gazları içeren bu sistemlerde, iç enerji U'daki değişim sıfırdır, bu nedenle tüm ısı iş yapmak için kullanılır.

İzobarik süreçler

Bu işlemlerde, sistemdeki basınç sabit kalır, hacmi ve sıcaklığı değişir. Genelde atmosfere açık sistemlerde veya basınç artışını engelleyecek şekilde hacim artışıyla sınırları deforme olabilen kapalı sistemlerde meydana gelebilirler.

Örnekler

Motorların içindeki silindirlerde gaz ısıtıldığında pistonu iterek sistemin hacmini değiştirir.

Durum böyle olmasaydı, sistemin gaz türlerinin silindir duvarlarına çarpışmasını azaltmanın hiçbir yolu olmadığı için basınç artardı.

İzokorik süreçler

İzokorik süreçlerde hacim sabit kalır. Sistemin herhangi bir iş üretmediği (W = 0) olarak da düşünülebilir.

Temel olarak, çalkalayarak veya karıştırmadan herhangi bir kap içinde incelenen fiziksel veya kimyasal olaylardır.

Örnekler

Bu işlemlerin örnekleri, yiyeceklerin pişirilmesi, kahvenin hazırlanması, bir dondurma şişesinin soğutulması, şekerin kristalleşmesi, zayıf çözünür çökeltinin çözünmesi, bir iyon değişim kromatografisidir.

Referanslar

1. Jones, Andrew Zimmerman. (2016, 17 Eylül). Termodinamik Süreç nedir? Alındığı: thinkco.com
2. J. Wilkes. (2014). Termodinamik süreçler. . Alınan: course.washington.edu
3. Çalışma (9 Ağustos 2016). Termodinamik Süreçler: İzobarik, İzokorik, İzotermal ve Adyabatik. Alındığı: study.com
4. Kevin Wandrei. (2018). Termodinamiğin Birinci ve İkinci Yasalarının Bazı Günlük Örnekleri Nelerdir? Hearst Seattle Media, LLC. Alınan: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). Termodinamiğin İkinci Yasası. Alınan: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamik. . Alınan: wright.edu