Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Βασικές αρχές. Χριστίνα Στουραϊτη

Σχετικά έγγραφα
Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Βασικές αρχές. Χριστίνα Στουραϊτη

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Θερμότητα. Χριστίνα Στουραϊτη

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Πετρολογία Μαγματικών & Μεταμορφωμένων μ Πετρωμάτων Μέρος 1 ο : Μαγματικά Πετρώματα

Δύο προσεγγίσεις Ποιοτική εκτίμηση: για τη μελέτη ενός γεωλογικού συστήματος ή την πρόβλεψη της επίδρασης φυσικοχημικών μεταβολών (P/T/ P/T/Χ) σε ένα

Παππάς Χρήστος. Επίκουρος καθηγητής

Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση της χημικής ισορροπίας. Αρχή Le Chatelier.

ΥΔΡΟΧΗΜΕΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμικά δεδομένα. Ζαγγανά Ελένη Σχολή: Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας

Πείραμα 2 Αν αντίθετα, στο δοχείο εισαχθούν 20 mol ΗΙ στους 440 ºC, τότε το ΗΙ διασπάται σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: 2ΗΙ(g) H 2 (g) + I 2 (g)

Εντροπία Ελεύθερη Ενέργεια

Ανάλυση Τροφίμων. Ενότητα 4: Θερμοχημεία Χημική Ενέργεια Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ακαδημαϊκό Έτος

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 11 η : Χημική ισορροπία. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

4.2 Παρα γοντες που επηρεα ζουν τη θε ση χημικη ς ισορροπι ας - Αρχη Le Chatelier

ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ. Το τρίχωμα της τίγρης εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων επειδή οι αντιδράσεις που γίνονται στα κύτταρα δεν καταλήγουν σε χημική ισορροπία.

Χημικές αντιδράσεις & χημική ισορροπία

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

Αμφίδρομες αντιδράσεις

Άσκηση 7η. Χημική Ισορροπία. Εργαστήριο Χημείας Τμήμα ΔΕΑΠΤ Πανεπιστήμιο Πατρών

ΑΣΚΗΣΗ 2 η Εφαρμογή Βασικών Αρχών Θερμοδυναμικής - Διαγράμματα Φάσεων Δύο Συστατικών

Enrico Fermi, Thermodynamics, 1937

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 6 η : Θερμοχημεία Χημική ενέργεια. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

2ο Σύνολο Ασκήσεων. Λύσεις 6C + 7H 2 C 6 H H διαφορά στο θερμικό περιεχόμενο των προϊόντων και των αντιδρώντων καλείται

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

Χημεία θετικής κατεύθυνσης Β ΛΥΚΕΊΟΥ

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑ 6-ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Ισορροπία (γενικά) Ισορροπίες σε διαλύματα. Εισαγωγική Χημεία

Φυσικοί μετασχηματισμοί καθαρών ουσιών

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 9 η : Διαλύματα & οι ιδιότητές τους. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας, μηχανικού έργου και ιδιοτήτων των διαφόρων θερμοδυναμικών

έχει μια σταθερή τιμή που συμβολίζεται με K c.

Σταθερά χημικής ισορροπίας K c

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

Αρχές Κρυσταλλοχημείας: Ιοντικές υποκαταστάσεις. Γεωχημεία (Υ4203) Χ. Στουραϊτη

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑ Μ.Ε ΠΡΟΟΔΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜ/ΝΙΑ: ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 3 ώρες

Ονοματεπώνυμο: Χημεία Γ Λυκείου Υλη: Χημική Κινητική Χημική Ισορροπία Ιοντισμός (K a K b ) Επιμέλεια διαγωνίσματος: Τσικριτζή Αθανασία Αξιολόγηση :

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

M V n. nm V. M v. M v T P P S V P = = + = σταθερή σε παραγώγιση, τον ορισµό του συντελεστή διαστολής α = 1, κυκλική εναλλαγή 3

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 15: Διαλύματα

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Ανάλυση Τροφίμων. Ενότητα 6: Διαλύματα & οι ιδιότητές τους Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ακαδημαϊκό Έτος

Β' ΛΥΚΕΙΟΥ ΧΗΜΕΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ÊÏÑÕÖÇ

Ποσοτική και Ποιoτική Ανάλυση

Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία. Διαφάνειες 5 ου Μαθήματος Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός Ph.D. Ε.ΔΙ.Π.

ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ. Οι φυσικές καταστάσεις της ύλης είναι η στερεή, η υγρή και η αέρια.

Θερμόχήμεία Κεφάλαιό 2 ό

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014 ÊÏÑÕÖÁÉÏ ÅÕÏÓÌÏÓ

Υδατική Χηµεία-Κεφάλαιο 3 1

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 31 ΜΑΪΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΧΗΜΕΙΑ

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ. Είδη ενέργειας ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

ΕΚΦΡΑΣΕΙΣ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ

ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ

2.1 Μεταβολή ενέργειας κατά τις χημικές μεταβολές Ενδόθερμες - εξώθερμες αντιδράσεις Θερμότητα αντίδρασης - ενθαλπία

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Μάθημα 1 ο. - Κατανομή των χημικών στοιχείων - Ταξινομήσεις. Επικ. Καθ. Χ. Στουραϊτη Τομέας Οικονομικής Γεωλογίας - Γεωχημείας. Γεωχημεία Δ εξάμηνο 1

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2012 ÓÕÍÅÉÑÌÏÓ. Ηµεροµηνία: Τετάρτη 18 Απριλίου 2012

ΙΙ» ΜΑΘΗΜΑ: «ΧΗΜΕΙΑ. Διδάσκουσα: ΣΟΥΠΙΩΝΗ ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΕΞΑΜΗΝΟ (ΕΑΡΙΝΟ)

5. Εξώθερμο φαινόμενο είναι: α. ο βρασμός. β. η τήξη. γ. η εξάτμιση. δ. η εξουδετέρωση.

panagiotisathanasopoulos.gr

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ

Θερμοδυναμική. - Νόμοι -Εφαρμογές. Χριστίνα Στουραϊτη

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ

Ατομική μονάδα μάζας (amu) ορίζεται ως το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα 12 6 C.

ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΧΗΜΕΙΑ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΧΗΜΕΙΑ. Ενότητα 16: Χημική Ισορροπία. Ντεϊμεντέ Βαλαντούλα Τμήμα Χημείας. Χημική ισορροπία

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υλικών Διαγράμματα Φάσεων Callister Κεφάλαιο 11, Ashby Οδηγός μάθησης Ενότητα 2

Ταξινόμηση της ύλης Διαλύματα Περιεκτικότητες διαλυμάτων. Χημεία Α Λυκείου Διδ. Εν. 1.5 π. Ευάγγελος Μαρκαντώνης 2 ο ΓΕΛ Αργυρούπολης

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ Δημήτρης Παπαδόπουλος, χημικός Βύρωνας, 2015

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ

Αποκατάσταση Ρυπασμένων Εδαφών

Διάλυμα καλείται κάθε ομογενές σύστημα, το οποίο αποτελείται από δύο ή περισσότερες χημικές ουσίες, και έχει την ίδια σύσταση σε όλη του τη μάζα.

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Διαλύματα - Περιεκτικότητες διαλυμάτων Γενικά για διαλύματα

2 ΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Όνομα :... Ημερομηνία:... /... /...

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

21/5/2008. Θερµοχηµεία

ΦΥΣΙΚΗ. Θερμοδυναμική Ατομική-Πυρηνική

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΑΒΒΑΤΟ 24 ΜΑΪΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ. 3. Σε κλειστό δοχείο εισάγεται μείγμα των αερίων σωμάτων Α και Β, τα οποία αντιδρούν στους θ 0 C

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

71 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Καλή Τσικνοπέμπτη!!! Καλή Τσικνοπέμπτη!!! 2

Γενική Χημεία. Νίκος Ξεκουκουλωτάκης Επίκουρος Καθηγητής

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 13: Χημική κινητική

3. Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις

Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑ 4-ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 14: Χημική ισορροπία

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ. Στις ερωτήσεις 1.1 έως 1.4 να επιλέξετε τη σωστή απάντηση:

Φυσική Προσανατολισμού Β Λυκείου Κεφάλαιο 2 ο. Σύντομη Θεωρία

Transcript:

Στοιχεία Θερμοδυναμικής Ι. Βασικές αρχές Χριστίνα Στουραϊτη

Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή 2. Ορισμοί Σύστημα, Φάση, Συστατικό, Θερμοδυναμικές ιδιότητες 3. Χημική Ισορροπία 2

Εισαγωγή Ποιο είναι το αντικείμενο της Θερμοδυναμικής; Πως και γιατί γίνονται οι αλλαγές στην κατάσταση ενός συστήματος; Ποιο είναι το αντικείμενο της Χημικής Θερμοδυναμικής; Γιατί συντελούνται οι μετασχηματισμοί της ύλης; Ποιές χημικές αντιδράσεις πραγματοποιούνται αυθόρμητα; Ποιά είναι η ωθούσα δύναμη μιας αντίδρασης; Πόσο μπορεί να προχωρήσει μία αντίδραση; Ποιές μεταβολές ενέργειας συνοδεύουν τις αντιδράσεις; 3

Καθημερινά παραδείγματα Πως γίνεται η μετατροπή του πάγου σε νερό και το αντίστροφο (αναστρέψιμη μεταβολή)? Γιατί διαλύεται ο αλίτης (κρυσταλλικό NaCl) στο νερό? Απαιτείται ενέργεια ή παρέχεται ενέργεια στο περιβάλλον? Είναι δυνατό σε ένα πέτρωμα, το διαμάντι (υψηλής πίεσης ορυκτό του C) να συνυπάρχει με το γραφίτη (χαμηλής πίεσης ορυκτό του C)? Αν θερμανθεί σε υψηλές θερμοκρασίες ο γραφίτης και το διαμάντι, ποιό από τα δύο αποδίδει θερμότητα? Η Χημική Θερμοδυναμική μας παρέχει τα μέσα για να απαντήσουμε σε τέτοιου τύπου ερωτήσεις. 4

Αντικείμενο του μαθήματος Πρόβλεψη της κατεύθυνσης των χημικών αντιδράσεων και η πρόβλεψη των συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας της χημικής ισορροπίας. Για να μπορέσουμε να κάνουμε τις προβλέψεις αυτές, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να καθορίσουμε τη χαμηλότερη δυνατή ενέργεια ενός συνδυασμού αντιδρώντων και προϊόντων, σε δεδομένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Σημειώστε ότι, αν και μπορεί να είμαστε σε θέση να προβλέψουμε την κατεύθυνση μιας χημικής αντίδρασης, δεν θα είμαστε σε θέση να προβλέψουμε το πόσο γρήγορα, ή αργά θα ολοκληρωθεί η αντίδραση (ταχύτητα της αντίδρασης). Η πραγματική επίτευξη της ισορροπίας εξαρτάται από την κινητική και είναι πιο πιθανό να συμβεί με την πάροδο του χρόνου και σε υψηλότερες θερμοκρασίες. 5

6

Περιγραφή του Θερμοδυναμικού Συστήματος 7

Περιγραφή του Θερμοδυναμικού Συστήματος 1. Καταστατικά μεγέθη (ή μεταβλητές) Καταστατικό Πίεση Όγκος Θερμοκρασία Ποσότητα ουσίας Μέγεθος Σύμβολο P V Τ n Μονάδα μέτρησης Pa (N / m 2 ) m 3 Βαθμοί Κέλβιν mol (K) Pascal κυβικά μέτρα γραμμομόριο (Newton ανά τετρ. μέτρο) (βαθμοι C + 273,15) ΕΝΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ: Η τιμή τους ΔΕΝ εξαρτάται από τη μάζα του συστήματος ΕΚΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ: Η τιμή τους εξαρτάται από τη μάζα του συστήματος P (πίεση) T (θερμοκρασία) p (πυκνότητα) μ (χημικό δυναμικό) m (μάζα) V (Όγκος) n (ποσότητα ουσίας) 8

Περιγραφή του Θερμοδυναμικού Συστήματος 2. Καταστατικές ιδιότητες. Είναι συναρτήσεις των καταστατικών μεγεθών του συστήματος. Οι τιμές που παίρνουν εξαρτώνται από την αρχική και τελική κατάσταση του συστήματος) Οι σπουδαιότερες καταστατικές ιδιότητες ενός θερμοδυναμικού συστήματος είναι: Εσωτερική Ενέργεια (U) Internal Energy U = f(t, V, N k ) Ενθαλπία (Η) Enthalpy H = f(t, V, N k ) Εντροπία (S) Entropy S = f(t, V, N k ) Ελεύθερη Ενέργεια (G) Gibbs Free Energy G = f(t, V, N k ) 9

Θερμοδυναμικό Σύστημα Κατάσταση του συστήματος Καταστατικές ιδιότητες 10

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ονομάζεται το υποσύνολο του σύμπαντος (γη-υδρόσφαιρα-ατμόσφαιραβιόσφαιρα) που επιθυμούμε να μελετήσουμε. Συνήθως στη γεωχημεία ένα σύστημα, μπορεί να είναι ένα πέτρωμα ή το μάγμα ή ένα υδροθερμικό διάλυμα ή ένα υδατικό διάλυμα, που υφίστανται μια χημική μεταβολή. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ονομάζεται όλο το υπόλοιπο σύμπαν εκτός του συστήματος. ΟΡΙΟ ονομάζεται η διεπιφάνεια (interface) που διαχωρίζει το σύστημα από το περιβάλλον. Η θερμοδυναμική συμπεριφορά ενός συστήματος καθορίζεται πλήρως από τη φύση των αλληλεπιδράσεων του με το περιβάλλον, η οποία με τη σειρά της καθορίζεται αποκλειστικά από το είδος των ορίων. Τα θερμοδυναμικά συστήματα διακρίνονται: Μονωμένα (isolated) Κλειστά (closed) (πχ. ισοχημική μεταμόρφωση πετρώματος) Ανοικτά (Open) (πχ. θαλάσσα) Αδιαβατικά (adiabatic) κλειστό σύστημα θερμικά μονωμένο 11

ΣΥΣΤΗΜΑ Φάση (P): Περιορισμένο τμήμα ενός συστήματος, με ξεχωριστές φυσικές ή/και χημικές ιδιότητες. Ένα σύστημα αποτελείται από μία ή περισσότερες φάσεις. π.χ. Σε ένα πέτρωμα φάσεις μπορεί να είναι τα διάφορα ορυκτά. Σε ένα μαγματικό σύστημα, το τήγμα, τα στερεά και τα αέρια (Η 2 Ο, CO 2, CO). Σύστημα του νερού: υδρατμοί (αέρια φάση), πάγος, νερό. 12

ΣΥΣΤΗΜΑ Συστατικά (C): Κάθε φάση ενός συστήματος μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από ένα ή περισσότερα συστατικά. Για κάθε φάση τα συστατικά δύναται να καθοριστούν με διαφορετικούς τρόπους. π.χ. Ισόμορφη παράμειξη Ολιβίνη (Mg, Fe) 2 SiO 4 Mg 2 SiO 4 και Fe 2 SiO 4 (ακραία μέλη) MgO, FeO, SiO 2 (οξείδια κύριων στοιχείων) Μg +2, Fe +2, Si +4, O -2 (ιόντα) Η επιλογή των συστατικών που θα χρησιμοποιηθούν είναι αυθαίρετη, ανάλογα με τον τύπο του θερμοδυναμικού προβλήματος. 13

ΣΥΣΤΗΜΑ Συστατικά (C) Συνήθως, για να περιγράψουμε ένα σύστημα επιλέγουμε τα ακραία μέλη μιας ισόμορφης παράμειξης (solid solution), γιατί για αυτές τις ενώσεις υπάρχουν θερμοδυναμικά δεδομένα. Ορυκτή φάση Ακραία Μέλη Ολιβίνη (Mg, Fe) 2 SiO 4 Φοστερίτης Mg 2 SiO 4 Φαϋαλίτης Fe 2 SiO 4 Άστριος (K,Na,Ca) (Al,Si) 2 O 8 Κ-ουχος Άστριος KAlSi 3 O 8 Ανορθίτης CaAl 2 Si 2 O 8 Αλβίτης NaAlSi 3 O 8 Κλινοπυρόξενος CaMgSi 2 O 6 CaFe +2 Si 2 O 6 NaAlSiO 6 (Ca, Na) (Mg, Fe +2,Al +3 ) SiO 6 14

Διεργασίες των συστημάτων αντιστρεπτές μη αντιστρεπτές διεργασίες αυθόρμητες (χωρίς εξωτερική βοήθεια) 15

Χημική Ισορροπία Μια εξιδανικευμένη μεταβολή κατά την οποία ένα σύστημα μεταβαίνει από μια αρχική κατάσταση σε μια τελική μέσω διαδοχικών καταστάσεων ισορροπίας θα την ονομάζουμε αντιστρεπτή. Μια τέτοια μεταβολή είναι δυνατόν να πραγματοποιηθεί και αντίστροφα. ο όρος ισορροπία = αναστρέψιμη αντίδραση (θεωρούμε ότι η αντίδραση συντελείται σε απεριόριστα μικρά βήματα όπου, η ισορροπία μπορεί να επιτυγχάνεται, σε κάθε βήμα). 16

Γιατί μελετάμε τις διεργασίες σε κατάσταση ισορροπίας Το θετικό μιας τέτοιας θεώρησης, είναι ότι μπορούμε να ελέγξουμε τη μεταβολή και να την παραστήσουμε σαν μια συνεχή γραμμή διαδοχικών ισορροπιών. 17

Χημική Ισορροπία Στη φύση, τα γεωχημικά συστήματα σπανίως φτάνουν σε κατάσταση ισορροπίας: Μια μη αναστρέψιμη αντίδραση ποτέ δε θα φτάσει σε κατάσταση ισορροπίας. Μια αντίδραση μπορεί να μην φτάσει στην κατάσταση της ισορροπίας είτε, γιατί ο ρυθμός αντίδρασης προς την μια ή την άλλη κατεύθυνση είναι πολύ χαμηλός ή, γιατί κάποια από τα προϊόντα της αντίδρασης απομακρύνονται από το σύστημα (πχ. Κλασματική Κρυστάλλωση). 18

Χημική Ισορροπία Παράδειγμα, η αντίδραση: Χ + Υ C + D (πλήρη μετατροπή). Όμως σε πολλές περιπτώσεις δεν γίνεται πλήρης αντίδραση, γιατί λαμβάνει χώρα η αντίστροφη αντίδραση, C + D X + Y (διάσπαση). Έτσι πολλές αντιδράσεις είναι ημιτελής. Η αντίδραση έφτασε σε κατάσταση Χημικής ισορροπίας: Χ + Υ C + D, όταν δεν συντελείτε καμιά περαιτέρω αλλαγή στην ύλη, δηλαδή με τον ρυθμό που αντιδρούν τα Χ + Υ για να δώσουν τα C + D, με τον ίδιο ρυθμό αυτά διασπώνται για δώσουν τα X + Y. 19

Χημική Ισορροπία 20

Χημική Ισορροπία 21

Σταθερά Ισορροπίας K eq, Σταθερά Ισορροπίας της αντίδρασης. a c c, ενεργότητα του συστατικού (δεν είναι η συγκέντρωση). Αρχή της χημικής ισορροπίας Κάθε μονωμένο σύστημα εξελίσσεται πάντα προς μια κατεύθυνση στην οποία δεν παρατηρείται καμιά φυσική ή χημική μεταβολή και η οποία ονομάζεται κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Η κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας αντιπροσωπεύει πάντα μια ΝΕΚΡΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ στην οποία δεν υφίσταται η έννοια της εξέλιξης. 22

Ενεργότητα Ενεργότητα - a i Στα αέρια μίγματα, a i = μερική πίεση (P i ) του αέριου συστατικού i (Νόμος του Dalton, για τα ιδανικά αέρια) P i = n i RT/V και P i =X i P Στα πολύ αραιά διαλύματα, για το διαλελυμένο συστατικό (i), ισχύει: a i = molality (m i ) (moles δ. ουσίας (i)/ kg διαλύτη) ή a i = molarity (M i ) (moles δ/νης. ουσίας (i)/ L διαλύματος) ή σε ορισμένες περιπτώσεις ισούται με το γραμμομοριακό κλάσμα, a i =mole fraction X i (mole διαλελυμένης ουσίας (i) / συνολικά moles του δια/τος ) 23

Φυσική σημασία του K eq Το μέγεθος του K eq, μας δίνει πληροφορίες για την τάση της αντίδρασης: Μεγάλη τιμή του K eq, δείχνει την τάση του συστήματος να κινηθεί προς τα προϊόντα θα προκύψουν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις των προϊόντων συγκριτικά με τα αντιδρώντα, στην κατάσταση της ισορροπίας Μικρή τιμή του K eq, δείχνει την τάση του συστήματος να κινηθεί προς τα αντιδρώντα. Όταν για δεδομένες τιμές K eq, δεν δίνονται οι συνθήκες P, T, υποθέτουμε ότι αναφέρονται στις κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας (Τ= 298.15 Κ), πίεση (P= 1 bar ή 10 5 Pa). 24

Παράγοντες που επηρεάζουν την θέση της ισορροπίας Αρχή του Le Châtelier Αρχή του Le Châtelier: Όταν η χημική ισορροπία ενός συστήματος διαταραχθεί από μεταβολή της θερμοκρασίας, συγκέντρωσης ή πίεσης, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται προς εκείνη την κατεύθυνση η οποία εξουδετερώνει τη μεταβολή. Μεταβάλλεται η θέση της χημικής ισορροπίας. Θέση χημικής ισορροπίας: Η σύσταση του μίγματος της αντίδρασης (αντιδρώντα-προϊόντα) στην κατάσταση χημικής ισορροπίας. 25

Επίδραση της Θερμοκρασίας στην Παράδειγμα: ισορροπία Σε συνθήκες αύξησης της θερμοκρασίας, θα προτιμηθεί μια αντίδραση τήξης πετρώματος, γιατί απορροφά θερμότητα (τήξη είναι ενδόθερμη αντίδραση). Σε συνθήκες μείωσης της θερμοκρασίας, θα προτιμηθεί η αντίστροφη αντίδραση, δηλ. κρυστάλλωση του μάγματος, όπου έχουμε απελευθέρωση θερμότητας (εξώθερμη αντίδραση). 26

Επίδραση της Θερμοκρασίας στην Παράδειγμα: ισορροπία Κατά τη μεταμόρφωση πηλιτών, λαμβάνει χώρα μια ισχυρά ενδόθερμη αντίδραση KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 + SiO 2 <-> KAlSiO 3 + Al 2 SiO 5 + νερό (Μοσχοβίτης) (Χαλαζίας) (Κ-ούχο Άστριος) (Σιλλιμανίτης) (Η 2 Ο) Η αντίδραση αφυδάτωσης του μοσχοβίτη ευνοείται καθώς αυξάνει η θερμοκρασία (η αντίδραση θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά) 27

Επίδραση της Πίεσης στην ισορροπία Παράδειγμα: Μεταμόρφωση ενός πετρώματος σε συνθήκες υψηλές πιέσεις, λαμβάνει χώρα η αντίδραση: NaAlSi 3 O 8 + NaAlSiO 4 = 2NaAlSi 2 O 6 (Αλβίτης) (Νεφελίνης) (Ιαδεϊτης) Γραμμομοριακός Όγκος (Molar volume, σε cal/bar) 2.3917, 1.2944, 1.4435 Η αντίδραση οδηγεί σε ένα ορυκτό με πολύ μικρότερο όγκο σε σχέση με τα αντιδρώντα. 28

Επίδραση της μεταβολής της συγκέντρωσης ενός συστατικού στην ισορροπία Νόμος της Δράσης των Μαζών Παράδειγμα: σχηματισμός κασσιτερίτη (SnO 2 ) από μια αέρια ένυδρη φάση (SnF 4 ) σε ένα υδροθερμικό σύστημα: SnF 4 + 2 Η 2 Ο <-> 4 ΗF + SnO 2 αέριο αέριο αέριο στερεό K= [HF] 4 [SnO 2 ] 2 /[SnF 4 ] [H 2 O] 2 (σταθερά για ορισμένη Τ) Έαν το HF διαφύγει μέσω ρωγμών, τότε η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά θα σχηματιστεί Γεωχημικές κασσιτερίτης. διεργασίες στο εσωτερικό της γης 29