_____________________________________________________________________
__________________________
CHƯƠNG 1
NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG HỌC
VÀ ÁP DỤNG VÀO HÓA HỌC (NHIỆT HÓA HỌC)

I.
MỘT SỐ KHÁI NIỆM.
1.
Hệ (Hệ thống).
2. Trạng thái.
3.
Biến đổi (Quá trình).
4. Hàm số trạng thái.
5. Nhiệt và công.
II. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG HỌC. NỘI NĂNG U (E) VÀ
entalpi H.
1.
Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học và nội năng U. Nhiệt động học là ngành vật lý nghiên cứu dạng nhiệt của chuyển động vật chất và
những qui luật của chuyển động đó. Nhiệt hóa học là một phần của nhiệt động học
nhằm mục đích khảo sát sự trao đổi năng lượng đi kèm theo những biến đổi vật lý, hóa
học của vật chất. Nhiệt hóa học giúp tiên đoán trong một số trường hợp một biến đổi
có thể xảy ra được hay không.
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM
1. Hệ (Hệ thống)
TO
Hệ là một phần của vũ trụ có giới hạn xác định đang được khảo sát về phương diện
trao đổi năng lượng và vật chất. Phần còn lại của vũ trụ là môi trường ngoài đối với hệ.

Thí dụ hệ nước trên được đun nóng đến 50oC, cũng ở áp suất 1atm thì hệ này đã có
trạng thái khác: thể tích nước lớn hơn 50cm3 một ít, nhiệt độ 50oC, áp suất 1atm.
Nhưng trong cả hai trạng thái của hệ nước trên thì nước của hệ đều ở pha lỏng.
3. Biến đổi (Quá trình)
TOP
Một hệ nhiệt động học biến đổi (hay thực hiện một quá trình) khi trạng thái của hệ
thay đổi. Trạng thái của hệ thay đổi nếu ít nhất có một biến số trạng thái của hệ thay
đổi. Biến đổi được xác định nếu biết rõ trạng thái đầu và trạng thái cuối. Ðường biến
đổi chỉ được xác định khi biết được trạng thái đầu, trạng thái cuối và tất cả những
trạng thái trung gian mà hệ đã trải qua.
Người ta chia ra các loại biến đổi:
- Biến đổi hở (mở): là biến đổi đem hệ từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối khác nhau.
- Biến đổi kín (đóng): là biến đổi đem hệ từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối giống
nhau. Trường hợp này, hệ đã thực hiện một chu trình biến đổi kín.
Thí dụ: 50cm3 nước ở 20oC, 1atm được đun nóng đến 70oC, 1atm rồi lại được làm
nguội về 20oC, 1atm.
- Biến đổi thuận nghịch: là biến đổi mà các trạng thái trung gian của hệ trải qua được
xem như do các quá trình cân bằng. Một cách đơn giản để xác định tính chất thuận
nghịch của một biến đổi là khảo sát xem biến đổi ngược lại có thể xảy ra được hay
không khi chỉ thay đổi rất ít điều kiện thực nghiệm. Nếu biến đổi ngược xảy ra được
thì đó là biến đổi thuận nghịch, nếu biến đổi ngược không xảy ra được thì đó là biến
đổi bất thuận nghịch (hay biến đổi tự nhiên).
Thí dụ: sự truyền nhiệt từ nguồn nóng sang nguồn lạnh là một biến đổi bất thuận
nghịch hay tự nhiên vì biến đổi ngược lại, tức sự truyền nhiệt từ nguồn lạnh sang
nguồn nóng không thể thực hiện một cách tự nhiên. Sự rơi tự do dưới tác dụng của
trọng trường cũng là một biến đổi tự nhiên hay bất thuận nghịch.
Sự đông đặc của nước ở 0oC, 1atm là một biến đổi thuận nghịch vì biến đổi ngược lại
ứng với nước đá nóng chảy ở 0oC, 1atm cũng có thể thực hiện được.
- Biến đổi đẳng tích: là biến đổi được thực hiện trong điều kiện thể tích của hệ không
thay đổi.

biến số trạng thái của hệ. Chúng ta qui ước dùng ký hiệu
để chỉ những lượng vô cùng
nhỏ của những đại lượng nào không phải là hàm số trạng thái của hệ, thí dụ:
và
dùng ký hiệu d hoặc
cho những biến thiên vô cùng nhỏ của những biến số là hàm số
trạng thái của hệ, thí dụ: dT, dp, dV,...
5. Nhiệt và công
TO
Trong sự tương tác giữa hệ với môi trường ngoài có thể có xảy ra sự trao đổi năng
lượng. Khi đó có hai cách khác nhau trong sự chuyển năng lượng từ vật này sang vật
khác. Nếu sự chuyển năng lượng có liên quan đến sự thay đổi cường độ chuyển động
phân tử của hệ thì sự chuyển năng lượng này được thực hiện dưới dạng nhiệt. Nếu sự
chuyển năng lượng có liên quan đến sự chuyển dịch những khối lượng vật chất vĩ mô
dưới tác dụng của những lực nào đó thì sự chuyển năng lượng này được thực hiện dưới
dạng công.
Thí dụ: đốt nóng một hệ khí chứa trong một xy lanh kín thì các phân tử khí sẽ gia
tăng chuyển động: hệ đã nhận năng lượng dưới dạng nhiệt. Khí giãn nở đẩy piston (có
khối lượng) đi lên một đoạn: hệ đã cung cấp ra môi trường ngoài năng lượng dưới
dạng công. Còn nếu dùng lực nén piston đi xuống một đoạn: hệ đã nhận năng lượng từ
môi trường ngoài dưới dạng công; các phân tử khí chuyển động hạn chế trong một thể
tích nhỏ hơn nên có sự va chạm giữa các phân tử khí nhiều hơn và kết quả là hệ nóng
lên: hệ đã cung cấp năng lượng cho môi trường ngoài dưới dạng nhiệt.
Theo qui ước về dấu của nhiệt động học:
- Nếu hệ tỏa nhiệt thì nhiệt có trị số âm, q < 0.
- Nếu hệ thu nhiệt thì nhiệt có trị số dương, q > 0.
- Nếu hệ tạo công thì công có trị số âm, W < 0.
- Nếu hệ nhận công thì công có trị số dương, W > 0.

Chú ý: Qui ước dấu của công W trước đây cũng như còn trong một số sách hiện

V

Trên thực tế, thường
, thay đổi theo nhiệt độ. Trong trường hợp này, người ta
xem một khoảng nhiệt độ tương đối nhỏ
, trong đó tỉ nhiệt mol trung bình là và
.
Ứng với một mol hóa chất, ta có:

lần lượt là nhiệt lượng cần để đem một mol hóa chất tăng lên độ ở điều
kiện đẳng áp, đẳng tích.
=>

Trị số tỉ nhiệt mol đẳng áp
, tỉ nhiệt mol đẳng tích tại nhiệt độ xét là: