ترمودینامیک شیمیایی

ترم در لغت به معنای دما و دینامیک به معنای متحرک و پرجنب و جوش است، در نتیجه اصطلاح ترمودینامیک در معنای تحت اللفظی به شاخه‌ای از فیزیک در زمینه پدیده‌های مکانیکی تولید شده به وسیله گرما مربوط می‌شود، یا به عبارت دقیق تر بیانگر رابطه کار و گرما و شیوه تبدیل آنها به‌یکدیگر است. اصطلاح «ترمودینامیک» از ابداعات لرد کلوین است و هدفش از این نامگذاری آن بود تا ماهیت دینامیکی گرما را برجسته‌تر ساخته و آن را در تقابل با تصورات پیشین قرار دهد که گرما را نوعی سیال تصور می‌کرد. با توجه به این تعریف از ترمودینامیک اکنون چندان جای تعجب نخواهد بود که دانشجوی جوان با آشنایی کم از علم فیزیک از ارتباط ترمودینامیک با تغییر‌های شیمیایی یا سیستم‌های زیست شناختی و زمین شناختی شگفت زده شود. ترمودینامیک از چند جنبه با بسیاری از شاخه‌های دیگر فیزیک تفاوت عمده دارد. از مهم‌ترین این تفاوت‌ها می‌توان به این نکته اشاره کرد که شاخه‌های دیگر فیزیک از جمله مکانیک، الکترومغناطیس یا نسبیت هر کدام به وسیله‌یک نفر پایه گذاری شدند و توسعه‌یافتند، اما به دلایل بسیار وضعیت ترمودینامیک متفاوت است. نیوتن پایه گذار مکانیک، ماکسول مبدع نظریه میدان الکترومغناطیس و اینشتین ارائه دهنده نظریه نسبیت است اما در ترمودینامیک نمی‌توان فرد واحدی را به عنوان پایه گذار معرفی کرد. مبانی ترمودینامیک برخاسته از اندیشه افراد بسیاری همچون کارنو، مایر، ژول، هلمهولتس، رانکین، کلوین و کلازیوس است.

هر کدام از این افراد گام‌های موثری برای تکوین قانون‌های بزرگ ترمودینامیک برداشته‌اند. اولین هدف ترمودینامیک تبیین معیاری برای تعیین خود به خودی بودن یک تحول فیزیکی یا فرایند شیمیایی است؛ به عبارت دیگر می‌خواهیم بدانیم آیا تحول از یک فاز به فاز دیگر مانند تبدیل گرافیت به الماس یا واکنش‌های سوخت و ساز انجام شده در سلول به طور خودبه خودی انجام می‌شود یا باید برای انجام این واکنش‌ها انرژی مصرف کرد. برای پاسخ دادن به چنین پرسش هایی می‌توان از قانون‌های اول و دوم که در قالب توابع انرژی چند مفهوم نظری و تابع ریاضی به وجود آمده است استفاده کرد. این مفاهیم ابزاری توانمند برای پاسخگویی به پرسش‌های اصلی ترمودینامیک محسوب می‌شوند. پس از آنکه توانستیم جهت خودبه خودی بودن یک فرایند را درک کنیم شاید این پرسش برایمان پیش‌اید که این فرایند پیش از آنکه به تعادل برسد تا چه حد پیش خواهد رفت. برای مثال می‌خواهیم بیشینه بازدهی یک فرایند صنعتی، انحلال پذیری تعادلی کربن دی اکسید اتمسفر در آب‌های طبیعی یا غلظت تعادلی مجموعه‌ای از مواد را در یک سلول بدانیم. می‌توان با استفاده از روش‌های ترمودینامیکی رابطه‌های ریاضی لازم برای تعیین چنین کمیت هایی را به دست آورد.

هر چند هدف اولیه ترمودینامیک شیمیایی تحلیل خودبه خودی بودن و تعادل است، ولی می‌توان از این روش‌ها برای حل بسیاری از مسائل دیگر نیز استفاده کرد. برای مثال بررسی تعادل‌های فازی در سیستم‌های ایده آل و ناایده آل برای استفاده در روش‌های استخراج، تقطیر، تبلور، به کارگیری در عملیات متالورژیکی و اطلاع از گونه‌های مختلف که در سیستم‌های زمین شناختی پیدا می‌شوند از اهمیت بسیاری برخوردار است. علاوه بر اینها تغییرات انرژی که همراه با تحول‌های فیزیکی و شیمیایی به صورت گرما یا کار صورت می‌گیرد از اهمیت زیادی برخوردار است. چنین تحولات فیزیکی و شیمیایی را می‌توان در گستره وسیعی از فرایندها منجمله احتراق یک سوخت، شکافت هسته‌های اورانیوم قابل انتقال یک سوخت و سازگر در خلاف جهت شیب غلظتی آن مشاهده کرد. یکی از مهم‌ترین مزیت‌های ترمودینامیک کلاسیک استقلال آن از نظریه مولکولی است؛ به عبارت دیگر برای استفاده از روابط ترمودینامیک نیازی به درک ساختار اتمی و مولکولی ماده نداریم یا با تغییر درک ما از ساختار مولکولی ماده نیازی به تغییر این روابط نیست. هر چند این جنبه مزیت محسوب می‌شود، اما ضعف آشکاری نیز دارد: نمی‌توان با استفاده از ترمودینامیک کلاسیک

با خرید این محصول فایل word و PDF مربوط به این مقاله را دریافت خواهید کرد.
لطفا برای دریافت نسخه کامل این مقاله فایل‌های word و pdf را دانلود نمائید.

با خرید این محصول فایل word و PDF مربوط به این مقاله را دریافت خواهید کرد.
لینک دانلود بی‌درنگ پس از پرداخت نمایش داده شده و فایل فشرده‌ مربوط به این مقاله آماده دانلود خواهد بود.

تعداد صفحات: 4 صفحه | حجم فایل: کمتر از 1 مگابایت | فونت استفاده شده: B Zar | به همراه صفحه اول و عکس