AP Chemistry

nhiệt động lực họcthermodynamics

thermodynamicsVietnamese: nhiệt động lực học

Nhiệt động lực học là ngành nghiên cứu năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng đi kèm các quá trình vật lý cũng như phản ứng hóa học.Thermodynamics is the study of energy and the energy changes that accompany physical processes and chemical reactions.

Trực giác: Giống như ghi sổ thu chi của một gia đình: tiền không tự sinh ra hay mất đi, chỉ chuyển từ túi nhà sang túi hàng xóm, và sổ sách cho biết vụ làm ăn có lời hay không nhưng không cho biết bao lâu thì xong.Intuition: Think of a household budget: money is never created or destroyed, it only moves from your pocket into a neighbor's, and the ledger tells you whether a deal is profitable without telling you how long it will take to close.

Định nghĩa đầy đủFull definition1 phút đọc1 min read

Nhiệt động lực học khảo sát trao đổi và chuyển hóa năng lượng trong quá trình vật lý, hóa học bằng cách chia đối tượng thành hệ và môi trường xung quanh. Năng lượng được bảo toàn; biến thiên nội năng của hệ bằng nhiệt cộng công.

Nội năng, entanpi, entropi và năng lượng Gibbs là hàm trạng thái, chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và cuối. Ở áp suất không đổi, nhiệt trao đổi bằng biến thiên entanpi. $\Delta G<0$ cho biết quá trình tự diễn biến, không cho biết tốc độ; tốc độ thuộc động học.

Thermodynamics examines how energy is exchanged and transformed during physical and chemical processes by dividing the universe into a system and its surroundings. Energy is conserved: the change in a system's internal energy equals the heat added plus the work done.

Internal energy, enthalpy, entropy, and Gibbs free energy are state functions, so they depend only on the initial and final states. At constant pressure, the heat exchanged equals the enthalpy change. A value of $\Delta G<0$ tells you a process is spontaneous but says nothing about how fast it happens; rate is a question for kinetics.

Ký hiệuNotation

\Delta E

(hoặc

\Delta U

q

w

\Delta H

\Delta S

\Delta G

\Delta E

(or

\Delta U

q

w

\Delta H

\Delta S

\Delta G

Đơn vịUnitsNăng lượng:

\text{J}

hoặc

\text{kJ}

; đại lượng mol:

\text{kJ/mol}

; entropy:

\text{J/(mol}\cdot\text{K)}

Energy:

\text{J}

\text{kJ}

; molar quantities:

\text{kJ/mol}

; entropy:

\text{J/(mol}\cdot\text{K)}

Hay hiểu saiCommon misconceptions3 ý · 1 phút đọc3 points · 1 min read

Phải thống nhất đơn vị trước khi tính $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$ .

Nếu $\Delta H$ và $\Delta S$ dùng các bội đơn vị khác nhau, hãy đổi một đại lượng rồi mới trừ; nếu không, kết quả có thể sai nghiêm trọng.

Thuận lợi về nhiệt động không đồng nghĩa phản ứng nhanh.

$\Delta G^\circ<0$ chỉ cho biết chiều thuận được ưu tiên khi hệ tiến tới cân bằng; tốc độ phụ thuộc năng lượng hoạt hóa và thuộc động học.

Nhiệt độ trong công thức Gibbs phải dùng Kelvin.

Hãy đổi nhiệt độ Celsius sang Kelvin trước khi tính $\Delta G$ hoặc $T=\Delta H^\circ/\Delta S^\circ$ ; nhiệt độ chuyển tiếp thu được cũng là Kelvin.

Units must match before you evaluate $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$ .

If $\Delta H$ and $\Delta S$ are reported with different unit prefixes, convert one quantity first; subtracting mismatched units gives a badly wrong answer.

Thermodynamically favorable does not mean fast.

A value of $\Delta G^\circ<0$ only says the forward direction is favored as the system approaches equilibrium; the rate depends on activation energy and belongs to kinetics.

Temperature in the Gibbs equation must be in kelvins.

Convert Celsius to kelvins before computing $\Delta G$ or $T=\Delta H^\circ/\Delta S^\circ$ , and report the resulting crossover temperature in kelvins too.

Mẹo phòng thiExam tips2 mẹo2 tips

Trong bài định lượng, tính $\Delta G^\circ$ trước khi kết luận tính thuận lợi.

Ghi phép thay số, kết quả kèm đơn vị, rồi nêu $\Delta G^\circ<0$ nghĩa là thuận lợi; nếu $\Delta H^\circ$ và $\Delta S^\circ$ cùng dương, phải so sánh hai số hạng.

Đừng nhầm $\Delta G^\circ$ với $\Delta G$ trong bài cân bằng.

Đại lượng chuẩn liên hệ với $K$ qua $\Delta G^\circ=-RT\ln K$ , nên $\Delta G^\circ<0$ thì $K>1$ ; còn $\Delta G$ phụ thuộc thành phần tức thời và bằng không tại cân bằng.

On quantitative problems, calculate $\Delta G^\circ$ before claiming a process is favorable.

Show the substitution, give the result with units, then state that $\Delta G^\circ<0$ means favorable; if $\Delta H^\circ$ and $\Delta S^\circ$ are both positive, compare the two terms.

In equilibrium problems, keep $\Delta G^\circ$ and $\Delta G$ distinct.

The standard quantity is tied to $K$ by $\Delta G^\circ=-RT\ln K$ , so $\Delta G^\circ<0$ implies $K>1$ , while $\Delta G$ depends on the instantaneous composition and equals zero at equilibrium.

Tần suất trong đề AP ChemistryHow often it shows up on AP ChemistryHay gặpCommon

Khái niệm này sinh ra từ đâuWhere the concept comes from1 phút đọc1 min read

1849William Thomson (Lord Kelvin)Rudolf ClausiusWilliam RankineJames Clerk MaxwellLudwig BoltzmannJ. Willard Gibbs

Năm 1859, William Rankine viết giáo trình đầu tiên; nhiệt động lực học ra đời từ nhu cầu xác định công tối đa của động cơ hơi nước.

William Rankine wrote the first textbook on the subject in 1859; thermodynamics grew out of the need to determine the maximum work a steam engine could deliver.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe cồng kềnh nhưng tách ra thì rất sáng nghĩa: nó ghép từ hai gốc Hy Lạp cổ. Phần đầu thermo- lấy từ θέρμη (therme), nghĩa là "nhiệt" — cũng chính gốc từ đã cho ta chữ nhiệt kế (thermometer). Phần sau, dynamics, truy về δύναμις (dynamis) nghĩa là "lực, năng lực", nên dynamics được hiểu là "khoa học về lực". Ghép lại, tên gọi này nói đúng điều mà thế kỷ 19 quan tâm: nhiệt sinh ra năng lực, tức khả năng sinh công. Năm 1849 Thomson dùng dạng tính từ thermo-dynamic, và đến năm 1854 danh từ thermo-dynamics được Thomson cùng Rankine dùng để chỉ khoa học về động cơ nhiệt nói chung. Vì vậy, ngay trong cái tên đã in dấu nguồn gốc động cơ hơi nước của ngành, dù ngày nay ta dùng nó để nói về phản ứng hóa học. Các thuật ngữ con cũng theo mạch Hy Lạp: entropy gắn với entrepein nghĩa là "quay, biến đổi", còn enthalpy gắn với enthalpein nghĩa là "làm nóng". Cuối thế kỷ 19, khi Maxwell, Boltzmann và Gibbs nối các đại lượng vĩ mô với chuyển động của vô số hạt, ngành mở thêm một nhánh mang tên nhiệt động lực học thống kê (statistical thermodynamics), và Gibbs đặt cho hướng nghiên cứu đó cái tên cơ học thống kê (statistical mechanics) trong cuốn sách năm 1902.

Nguồn đối chiếuSources

Thử nghiệm tương tácInteractive explorer

Kéo ΔH và ΔS — nhìn đường ΔG ngả xuống dưới trục và cắt trục ở đâu

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — đăng nhập để mở.Drag the parameters and watch the concept move — sign in to open.

Tạo tài khoảnCreate an account

Bạn nắm chắc chưa?Check your understanding

Quiz câu thật từ ngân hàng đềReal exam questions from our question bank

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.A few real questions on exactly this concept, graded instantly with an explanation for every choice — the system remembers how well you know it.

Tạo tài khoảnCreate an account

Học tiếp từ đâyKeep learning

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termNăng lượng tự do Gibbs và tính tự diễn biến nhiệt độngỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termNhiệt động lực họcNhiệt động lực học · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termỨng dụng nhiệt độngỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry

Cần trướcLearn firstnăng lượngenergy

Dẫn tớiLeads tođịnh luật thứ nhất của nhiệt động lực họcfirst law of thermodynamics (sắp có)(coming soon)

Liên quanRelatedhệsystem entropyentropy enthalpyenthalpy

Mục tiêu và lộ trình unit ai cũng xem được — làm bài tập và lưu tiến độ thì cần đăng nhập.Anyone can view a unit's goals and roadmap — sign in to do the exercises and save your progress.

Hay nhầm vớiOften confused with

Thuật ngữTermKhác nhau ở đâuHow they differHay nhầm khiMixed up when

động học hóa học (chemical kinetics)chemical kinetics

Khác nhau ở đâuHow they differNhiệt động lực học cho biết phản ứng có xảy ra được hay không và dừng ở đâu. Động học hóa học cho biết phản ứng xảy ra nhanh hay chậm.

Hay nhầm khiMixed up whenĐề hỏi 'phản ứng có tự xảy ra không' thì dùng nhiệt động lực học; đề hỏi 'phản ứng mất bao lâu' thì dùng động học.

Cùng chủ đềSame topic

Nguồn tham khảoReferences

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 14, 19.