19 Билет. Первое, второе начало термодинамики. Понятие энтропии

Первое начало термодинамики.

Термодинамика – наука о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел и тепловые явления характеризуются параметрами, регистрируемыми приборами ( термометром, манометром и др.) не реагирующими на воздействие отдельных молекул. Законы термодинамики описывают тепловые свойства тел, число молекул в которых огромно

Внутренняя энергия – энергия теплового (поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия.

Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при её взаимодействии с внешними телами: путём совершения работы и путём теплообмена. Первое начало термодинамики: кол-во теплоты Q, сообщенное телу , идет на увеличение его внутренней энергии U и на совершении телом работы А, т.е.

Q= U+ A.

Из первого начала термодинамики следует важный вывод: невозможен вечный двигатель первого рода, т.е. такой двигатель, который совершал бы работу «из ничего», без внешнего источника энергии.

Всякая предоставленная самой себе система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, в кот. тела находятся в состоянии покоя по отношению друг к другу, обладая одинаковыми температурой и давлением.

Равенство температур во всех точках есть условие равновесия двух систем или двух частей одной и той же системы.

Это положение наз. нулевым началом термодинамики.

Второе начало термодинамики. Понятие энтропии.

Энтропия – части тепловой энергии к абсолютной темп-ре, которую нельзя превратить в работу: rS =rQ / Т. Второе начало термодинамики, определяющее направление тепловых процессов, формулируется как закон возрастания энтропии:

для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает; максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии: S≥0. Энтропия характеризует меру хаоса, кот. для всех естественных процессов возрастает. II начало термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя II рода, т.е. двигателя, в котором рабочее тело, совершая круговой процесс, получило бы энергию в форме теплоты от одного внешнего тела и целиком передавало бы её в форме работы другому внешнему телу. При абсолютном нуле температуры энтропия принимает значение, не зависящее от давления, агрегатного состояния и других характеристик вещества. Такое значение можно положить равным нулю.

20 Билет. Синтез органических и неорганических соединений. Биосинтез. Применение синтезированных соединений в технике и технологиях.

Органи́ческий си́нтез — раздел органической химии и технологии, изучающий различные аспекты (способы, методики, идентификация, аппаратура и др.) получения органических соединений, материалов и изделий, а также сам процесс получения веществ.

Цель органического синтеза - получение веществ с ценными физическими, химическими и биологическими свойствами или проверка предсказаний теории. Современный органический синтез многогранен и позволяет получать практически любые органические молекулы.

Реализация органического синтеза включает следующие научные, организационные и технологические этапы: задание структуры целевой молекулы, рассмотрение возможных схем синтеза, подбор продуктов, аппаратуры, проведение химических реакций, выделение промежуточных и целевых продуктов, их анализ и очистку, модифицирование, принятие мер безопасности, экологический контроль, экономический анализ и др..

Окончательный выбор метода синтеза происходит после всестороннего комплексного анализа этих этапов и их оптимизации.

Гидрирование — присоединение водорода по кратной связи.

Дегидрирование — отщепление водорода с образованием кратной связи.

Гидратация — присоединение воды по кратной связи с образованием спирта.

Дегидратация — отщепление воды с образованием кратной связи.

Алкилирование — обмен водорода на углеводородный радикал.

Ацилирование — введение в молекулу остатка карбоновой кислоты (ацильной группы)

Ацетилирование — частный случай ацилирования, введение в молекулу остатка уксусной кислоты (ацетильной группы)

Циклизация — образование циклической структуры в молекуле.

Галогенирование — введение атома галогена в молекулу посредством обмена водорода на галоген или присоединения по кратной связи.

Нитрование — обмен водорода на группу NO2.

Этерификация — взаимодействие органической кислоты со спиртом с получением сложных эфиров.

Окисление — в узком смысле - внедрение кислорода в молекулу, в широком - любое изменение в молекуле, приводящее к увеличению степени окисления углерода, например, дегидрирование, повышение кратности связи углерод-углерод.

Сульфирование — обмен водорода на сульфогруппу.

Полимеризация и др..

Зачастую органические реакции являются сочетанием двух и более названных более простых реакций, например: «оксигалогенирование», «гидрогалогенирование» и др.. Уникальным реакциям могут быть присвоены имена химиков, их обнаруживших — синтез Гриньяра, реакция Белоусова и др.

В качестве основы для классификации могут быть положены и другие критерии — механизм реакций (замещение, обмен), технологический прием (крекинг) и др.

Неорганическое вещество или неорганическое соединение — это химическое вещество, химическое соединение, которое не является органическим, то есть оно не содержит углерода (кроме карбидов, цианидов, карбонатов, оксидов углерода и некоторых других соединений, которые традиционно относят к неорганическим). Неорганические соединения не имеют характерного для органических углеродного скелета.

Биосинтез — процесс синтеза природных органических соединений живыми организмами. Путь биосинтеза соединения — это приводящая к образованию этого соединения последовательность реакций, как правило, ферментативных (генетически детерминированных), но изредка встречаются и спонтанные реакции, обходящиеся без ферментативного катализа. Например, в процессе биосинтеза лейцина одна из реакций является спонтанной и протекает без участия фермента. Биосинтез одних и тех же соединений может идти различными путями из одних и тех же или из различных исходных соединений. Процессы биосинтеза играют исключительную роль во всех живых клетках.

Биосинтез — промышленное получение чего-либо (антибиотиков, гормонов, витаминов, аминокислот и других необходимых людям веществ) с помощью микроорганизмов.

21 Билет.Электрический заряд и электрическое поле, законы электростатики и их применение в технике и технологиях. Напряженность, электрическая индукция, взаимодействие зарядов закон Кулона. Энергия электрического поля.

Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии .

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля. Электростатика – часть электродинамики, которая изучает неподвижные электрические заряды. Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Законы электростатики: Закон Кулона - Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон сохранения электрического заряда – Замкнутая система тел алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная.

Замкнутая система- система частиц, в которую не входят извне и не выходят наружу заряженные частицы.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённость электрического поля. Напряжённостью электрического поля называют векторную физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда.

Электри́ческая инду́кция — векторная величина, равная сумме вектора напряжённости электрического поля и вектора поляризации.

В СИ: .

Энергия электрического поля – энергия, связанная с магнитным полем и распределенная в пространстве. Энергия электрического поля характеризуется объемной плотностью энергии: ω=dW/dV, где dW- энергия, заключенная в малом объеме; dV вблизи рассматриваемой точки поля.