فرایندهای شیمیایی به طور کلی هر چند در حالت واقعی از حالت تعادل به دور هستند، اما به تقریب می توان آن ها را در یک حالت تعادلی یا شبه تعادلی فرض کرد. علم ترمودینامیک به این حالت تعادلی می پردازد. در این حالت تعادلی، آنچه برایمان اهمیت دارد دما، غلظت، فشار و میزان حرارت و کار منتقل شده است. به کمک علم ترمودینامیک نخست به امکان پذیری یا ناپذیری فرایند به لحاظ ترمودینامیکی و سپس به تعیین مشخصات و حالت سیستم می پردازیم.
ماهیت و نوع انرژی های تبادل یافته در فرایندهای شیمیایی، توان های مصرف شده در تجهیزاتی مانند مبدل های حرارتی، پمپ ها، کمپرسورها و یا تولید شده در توربین ها، ضرورت محاسبه میزان بهره وری انرژی در این تجهیزات، حرارت یا به عبارت دقیق تر دمای یک سیستم واکنشی، ارتباط این دما با سرعت واکنش، ضرورت محاسبه یک مقدار بازدهی حداکثری از یک ماده مطلوب یا حداقلی از یک ماده نامطلوب، همگی به کمک علم ترمودینامیک امکان پذیر خواهد بود.
در این میان، با توجه به این که فرایندهای شیمیایی به صورت محلول و آن هم معمولاً در دو فاز مایع و بخار صورت می پذیرد (و البته ممکن است در چندین فاز مایع و بخار یا فقط مایع باشد)، لزوم محاسبات تعادلات محلول های چند جزیی و چند فازی، کاملاً مبرم خواهد بود.
در این مجموعه آموزشی در ابتدا به مرور برخی مفاهیم عمومی ترمودینامیک می پردازیم. سپس به خواص حجمی، آثار گرمایی و نهایتاً به ترمودینامیک محلول ها و واکنش های تعادلی ترمودینامیکی خواهیم پرداخت.
فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:
- درس یکم: قانون اول و برخی مفاهیم ترمودینامیکی دیگر
- آزمایش ژول
- انرژی داخلی
- قانون اول ترمودینامیک
- موازنه انرژی سیستم های بسته
- حالت ترمودینامیکی و توابع ترمودینامیکی
- تعادل
- قانون فاز
- فرایند بازگشت پذیر
- فرایندهای حجم ثابت و فشار ثابت
- آنتالپی
- ظرفیت حرارتی
- موازنه انرژی و جرم برای سیستم های باز
- درس دوم: خواص حجمی سیالات خالص
- رفتار PVT ذرات خالص
- معادله حالت ویریال
- گاز ایده آل
- کاربرد معادلات ویریال
- معادله حالت درجه سوم
- روابط تعمیم یافته برای گازها
- روابط تعمیم یافته برای مایعات
- درس سوم: آثار گرما
- آثار گرمایی محسوس
- گرمای نهان مواد خالص
- گرمای استاندارد واکنش
- گرمای استاندارد تشکیل
- گرمای استاندارد احتراق
- وابستگی دمایی ΔH
- آثار حرارتی واکنش های صنعتی
- درس چهارم: خواص ترمودینامیکی سیالات خالص
- روابط خواص برای فازهای همگن
- خواص باقیمانده
- خواص باقیمانده به کمک معادله حالت
- سیستم های دو فازی
- دیاگرام های ترمودینامیکی
- روابط تعمیم یافته خواص برای گازها
- درس پنجم: مقدمه ای بر تعادل بخار - مایع
- ماهیت تعادل
- قاعده فاز، تئوری دوهم
- رفتار کیفی تعادل بخار مایع، VLE
- مدل های ساده برای تعادل بخار - مایع
- VLE به کمک قانون رائول اصلاح شده
- VLE از روابط k-value
- درس ششم: ترمودینامیک محلول ها
- روابط خواص بنیادی
- پتانسیل شیمیایی و تعادل فازی
- خواص جزیی
- مدل گاز ایده آل
- فوگاسیته و ضریب فوگاسیته
- خالص
- در محلول
- روابط تعمیم یافته برای ضریب فوگاسیته
- مدل محلول ایده آل
- خواص اضافی
- تغییر خواص ناشی از اختلاط
- درس هفتم: واکنش های تعادلی شیمیایی
- مختصه واکنش
- به کارگیری ضابطه تعادل در واکنش های شیمیایی
- تغییرات انرژی گیبس استاندارد و ثابت تعادلی
- اثر دما بر روی ثابت تعادلی
- ارتباط ثابت تعادل با غلظت
- قاعده فازی و تئوری دوهم برای سیستم های واکنشی
- پیل های سوختی
مفید برای رشته های
- مهندسی شیمی
- مهندسی مکانیک