313 231 Physical Chemistry I

1. 313 231 Physical Chemistry I อุณหพลศาสตร์ (Thermodynamics) ผศ. ดร. อัจฉรา ศิริมังคะลา ห้อง 4511-1

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

3. Thermodynamics Chemical Thermodynamics - Walls Physical Chemistry

4. อุณหพลศาสตร์เคมี : 15 ชั่วโมง แนวคิดพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ (The Basic Concepts of Thermodynamics) ระบบกับสิ่งแวดล้อม (System and Surroundings) สมบัติของระบบ (Properties of System)

5. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) งานและความร้อน (Work and Heat) กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ The First Law of Thermodynamics เอนทาลปี - ความจุความร้อน เทอร์โมเคมี

6. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) สภาวะมาตรฐาน (Standard State) กฎของเฮสส์ (Hess’s Law)

7. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีกับพลังงานพันธะ (Enthalpy Change and Bond Energy) เอนทาลปีของการเกิด Enthalpy of Formation

8. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) เอนทาลปีของการเปลี่ยนแปลงสถานะ Enthalpy of Phase Transition เอนทาลปีของสารละลาย Enthalpy of Solution

9. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ The Second Law of Thermodynamics The Carnot Cycle, เอนโทรปี (entropy) การเกิดได้เอง และการผันกลับได้

10. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ The Third Law of Thermodynamics -พลังงานอิสระและ Phase Equilibria -พลังงานอิสระและค่าคงที่สมดุล

11. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) สมการพื้นฐานทางเทอร์โมไดนามิกส์ ศักย์เคมี Fugacity and Activity

12. อุณหพลศาสตร์เคมี (Chemical Thermodynamics) พลังงานอิสระและการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิและความดันของระบบ ระบบที่องค์ประกอบเปลี่ยนแปลง และสมดุลเคมี สมบัติพาร์เชียลโมลาร์

13. หลักของ Thermodynamics 1. พลังงานไม่สูญหายไปไหน ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เอง แต่เปลี่ยนรูปได้ 2. ระบบพยายามเข้าสู่สภาวะสมดุลเสมอ

14. อุณหพลศาสตร์ เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา เกี่ยวกับพลังงาน กำลังงาน การเปลี่ยนแปลง พลังงาน เมื่อสสารเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งทางกายภาพและทางเคมี ข้อมูลทาง อุณหพลศาสตร์ จะใช้ในการทำนายว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เองหรือไม่ แต่จะไม่ สามารถบอกอัตราเร็วของปฏิกิริยาได้

15. Classical Thermodynamics Statistical Thermodynamics

16. Classical Thermodynamics การศึกษาเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ ของระบบในสมดุล (equilibrium system) - ระดับมหภาค (macroscopic properties) เช่น ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ ของระบบ โดยไม่สนใจลึกลงไปถึงระดับอิเล็กตรอน อะตอม หรือโมเลกุล

17. System & Surroundings ขอบเขต & บริเวณ ที่สนใจศึกษา System system Surroundings

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

19. สารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCl, aq) 1 M มีเนื้อกรดอยู่ 1 mol ในสารละลาย 1000 cm3 สารละลาย 1000 cm3 (น้ำ 1000 cm3 ) = 55.5 mol ระบบ = กรด 1 mol สิ่งแวดล้อม = น้ำ 55 mol, ภาชนะ, อากาศนอก-ในภาชนะ ฯลฯ

20. มวลรวม คงที่ ปริมาตรคงที่ ระบบปิด Hydrocarbon + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)

21. อุณหภูมิ ปริมาตร ความดัน ภาวะของระบบ ถ้าสารละลาย มีอุณหภูมิ 298 K ที่ความดันบรรยากาศ ปริมาตร 1 ลิตร สมบัติต่าง ๆ ของสาร ได้แก่ เรียกว่า

22. ก็ถือว่า ระบบเกิดการเปลี่ยนแปลง ถ้าสมบัติข้อใดข้อหนึ่ง เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลง มวล ปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ พลังงาน และชนิดของสารในระบบ

23. ระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะ - อุณหภูมิคงที่ (DT =0) กระบวนการ แบบไอโซเทอร์มาล (Isothermal process)

24. ระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะ - ปริมาตรคงที่ (DV =0) ไอโซคอริก (Isochoric process)

25. ระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะ - ความดันคงที่ (DP =0) ไอโซบาริก (Isobaric process)

26. q = 0 ระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะ - ไม่มีการถ่ายเทความร้อน ระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม อะไดอะบาติก (Adiabatic process)

27. สภาวะและฟังก์ชันสภาวะสภาวะและฟังก์ชันสภาวะ (State and State function) State Function Path Function

28. สภาวะหรือสภาวะสมดุล (equilibrium State) กำหนดโดยคุณสมบัติมหภาค (Macroscopic properties) เช่น ความดัน อุณหภูมิ ปริมาตร

29. สมการสภาวะ : (equation of State) PV=nRT

30. R = Gas constant R= 8.314 J K-1 mol-1 0.0821 lit-atm K-1 mol-1 1.97 cal K-1 mol-1 k= Boltzmann’s constant = R/NA NA = Avogadro constant = 6.022 x 1023 mol-1

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

32. ฟังก์ชันสภาวะ หรือ ตัวแปรสภาวะ (State function, State variable) คือ ปริมาณต่าง ๆ ที่บ่งบอกสภาวะ มีลักษณะดังนี้ 1. ไม่ขึ้นกับวิถีการเปลี่ยนแปลงของระบบ แต่จะขึ้นกับสภาวะตั้งต้น (initaial Stute) และสภาวะสุดท้าย (final State) เท่านั้น

33. ฟังก์ชันสภาวะ หรือ ตัวแปรสภาวะ (State function, State variable) 2. dX = Xf - Xi X2 - X1 3. คำนวณได้จากฟังก์ชันสภาวะใด ๆ

34. ตัวอย่างของฟังก์ชันสภาวะตัวอย่างของฟังก์ชันสภาวะ พลังงานภายใน เอนทาลปี เอนโทรปี พลังงานอิสระ ปริมาตร อุณหภูมิ ความดัน จำนวนโมล

35. Extensive Variable : ตัวแปรเอกซ์เทนสีฟ คือ ตัวแปรหรือสมบัติที่ขี้นกับขนาด (มวล)ของระบบ เช่น มวล, ปริมาตร , พลังงาน

36. Intensive Variable : ตัวแปรอินเทนสีฟ คือ ตัวแปรหรือสมบัติ ที่ไม่ขึ้นกับขนาดของระบบ เช่น ความดัน ความหนาแน่น, ดัชนีหักเห

37. 1.5 ลิตร ถ้าภาชนะใบหนึ่งบรรจุน้ำได้ 1500 cm3 Extensive Variable 1500/1500 = 1 g cm-3 1500/83.33 = 18 g mol -1 น้ำ 1500 cm3 หนัก 1500 g. = 83.33 mol Intensive Variable

38. งานและความร้อน Work : W Physics : งาน = แรง x ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง

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

40. ความเร็วเฉลี่ย a l1 l2 W = (ma) l = ma (l2-l1) l2-l1 = (v1+v2) t ; 2 a = v2-v1 t

41. w = m (v2-v1) (v1+v2) t = 1 m (v22-v12) 2 t 2 = 1 mv22-1 mv12 2 2 งาน = การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ W = (ma) l = ma (l2-l1)

42. งานในทางกลศาสตร์ คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

43. งานในทางเทอร์โมไดนามิกส์งานในทางเทอร์โมไดนามิกส์ คือ “การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของระบบ ภายใต้อิทธิพลของความดันภายนอก” (External pressure)

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

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

46. w = -Pext DV PV-work : งานการเปลี่ยนแปลงปริมาตร ภายใต้แรงดันภายนอกที่คงที่ หน่วยของงาน: J หรือ N m หรือ kg m2 s-2 หรือ dm3 - atm

47. งานเป็น Path Function??

48. V1, P1 V1, P1 P1 P2 V2, P2 V2, P2 V1 V2 V1 V2

49. V1, P1 W = - PextDV = - (P1(V2-V1) + 0) P1 P2 V2, P2 V1 V2

50. V1 V2 W = - PextDV = - (0 + P2(V2-V1)) V1, P1 P1 P2 V2, P2 V1 V2