Изолированная система – система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Гомогенная система – система, внутри которой нет поверхностей, разделяющих отличающиеся по свойствам части системы (фазы). Термодинамическая система — это совокупность тел, которые в той или иной степени могут обмениваться между собой и окружающей средой энергией и веществом.

В этот раздел входят учение о строении атомов и молекул и учение об агрегатных состояниях вещества. Изучение строение вещества необходимо для выяснения важнейших вопросов об образовании молекул из атомов, о природе химической связи, о строении и взаимодействии молекул.

Глава 4. Химическая термодинамика

В этом разделе физической химии изучается скорость и механизм протекания химических процессов в различных средах при различных условиях. Все разделы физической химии объединяет единая основа – общие законы природы, которые применимы к любым процессам и любым системам, независимо от их строения.

3. Возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов в рассматриваемых условиях. Все величины, характеризующие какое-либо макроскопическое свойство рассматриваемой системы – параметры состояния.

Всякое изменение термодинамического состояния системы (изменения хотя бы одного параметра состояния) есть термодинамический процесс. Обратимый процесс – процесс, допускающий возможность возвращения системы в исходное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения. Равновесный процесс – процесс, при котором система проходит через непрерывный ряд равновесных состояний.

Энергия является неотъемлемым свойством материи. Различают потенциальную энергию, обусловленную положением тела в поле некоторых сил, и кинетическую энергию, обусловленную изменением положения тела в пространстве.

Формы перехода энергии от одной системы к другой могут быть разбиты на две группы. В первую группу входит только одна форма перехода движения путем хаотических столкновений молекул двух соприкасающихся тел, т.е. путём теплопроводности (и одновременно путём излучения).

Теплота и работа не могут содержаться в теле. Теплота и работа возникают только тогда, когда возникает процесс, и характеризуют только процесс. Изменение внутренней энергии такой системы равно производимой над ней работе. Всякий процесс в адиабатически изолированной системе называется адиабатическим процессом. Если закрытая система проста, то есть содержит только один тип элементов (атомов или молекул), то количество этих элементов является постоянной величиной.

Поэтому, система остаётся закрытой в том случае, если общее количество каждых элементарных атомов сохраняется, независимо от того, частью какого типа молекул они являются. Каждая термодинамическая система имеет границы, реальные или условные, отделяющие её от окружающей среды. Иногда вместо окружающей среды говорят о термостате, т. е. среде с настолько большой теплоёмкостью, что её температура при теплообмене с изучаемой системой не меняется.

Кроме того, обычно подразумевается, что окружающая среда находится в состоянии термодинамического равновесия и её характеристики не зависят от времени и пространственных координат. Важно, что в состав термодинамической системы включают все частицы, имеющиеся в выделяемой для изучения области пространства. По используемым для термодинамического описания системы параметрам состояния различают: простые системы, простые открытые системы и сложные системы.

Термодинамическая система называется адиабатной, если она не может обмениваться с другими системами энергией путем теплообмена

Исследования простых тел в термодинамике представляют наибольший теоретический и практический интерес. Перегородка, не препятствующая обмену энергией, называется диатермической. Термодинамическую систему называют гомогенной, если её свойства непрерывно изменяется от точки к точке.

Иногда в подобных случаях используются понятия о закрытой и открытой термодинамических системах

Примерами гомогенных систем служат растворы (газовые, жидкие и твердые). Газовая фаза большой протяженности вдоль градиента поля тяготения (например, земная атмосфера в безоблачный и безветренный день) — пример неоднородной гомогенной фазы (см. Барометрическая формула).

Менее строго, но более наглядно фазами называют «гомогенные части системы, отделенные от остальных частей видимыми поверхностями раздела». Примером может служить система «лёд — вода — влажный воздух». Гомогенная система содержит только одну фазу; гетерогенная система состоит из двух или более фаз. Число фаз в гетерогенной системе подчиняется правилу фаз Гиббса.

Термодинамические системы, внутри которых не соблюдается постоянство давления и температуры, называются неравновесными

На рисунке изображён один из вариантов классификации термодинамических систем. Примером такой системы может служить газ, заключенный в сосуд постоянного объема. Термодинамические системы могут состоять из смесей чистых веществ. Смесь ( раствор) называется гомогенной, когда химический состав и физические свойства в любых малых частицах одинаковы или изменяются непрерывно от одной точки системы к другой.

Примером гомогенной системы может служить некоторый объем воды, химический состав которой одинаков, а физические свойства меняются от одной точки к другой. Термодинамическая система с определенным количественным соотношением компонентов называется единичной физико-химической системой. Термодинамические системы состоят из статистически большого числа частиц. Самопроизвольно из этого состояния система выйти не может. Состояние системы, в которой отсутствует равновесие, называется неравновесным.

Внутренняя энергия системы – сумма кинетической и потенциальной энергии всех частиц, составляющих систему

Термодинамическая система характеризуется конечным числом независимых переменных — макроскопических величин, называемых термодинамическими параметрами. Одним из независимых макроскопических параметров термодинамической системы, отличающим ее от механической, является температура как мера интенсивности теплового движения.

С понятием о термодинамическом равновесии связано понятие о температуре. Какие из величин, характеризующие процесс ( U, S, A, Q), являются функциями состояния системы. Термодинамическая система включает цилиндр с газом, снабженный подвижным поршнем. Термодинамическая система, контрольная поверхность которой не допускает обмена массы с окружающей средой, называется закрытой.

Термодинамические системы могут быть гомогенными и гетерогенными. Под фазой понимают совокупность всех частей системы, обладающих одинаковыми физическими и химическими свойствами.