Термодинамика - мощное средство физической химии, позволяющее предсказывать результаты химических процессов на основе анализа параметров, непосредственно измеряемых в эксперименте. Она базируется на нескольких принципах, сформулированных на основе опыта человечества. Все законы термодинамики выведены математически из этих принципов и являются строгими. Термодинамика позволяет вычислять свойства вещества на основе знаний об индивидуальных молекулах, дает точные соотношения между измеряемыми свойствами системы и отвечает на вопрос, насколько глубоко пройдет та или иная химическая реакция, когда достигнуто равновесное состояние.
Значение термодинамики непреходяще для самых разнообразных областей науки, в том числе для изучения биологических систем и живых организмов, представляющих собой системы, непрерывно обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией.
В основе термодинамики лежат три фундаментальных закона (принципа):
1) закон сохранения;
2) закон возрастания энтропии;
3) теорема Нернста.
Они являются базой, которая позволяет рассчитывать тепловые эффекты и выход химических реакций, определять пути повышения выхода химических реакций и направление их самопроизвольного течения, оценивать условия равновесия и возможности его смещения под влиянием внешних условий. В данной главе продемонстрированы возможности практического применения фундаментальных законов термодинамики.
1.1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Состояние системы описывается термодинамическими величинами, имеющими в каждом конкретном состоянии конкретные значения.
Различают интенсивные и экстенсивные термодинамические величины. Интенсивные не зависят от размеров системы. Это, например, температура и давление. Экстенсивные термодинамические величины пропорциональны размеру системы. К ним относятся масса и объем.