Главная » Просмотр файлов » Müller I. A history of thermodynamics. The doctrine of energy and entropy

Müller I. A history of thermodynamics. The doctrine of energy and entropy (1185104), страница 37

Файл №1185104 Müller I. A history of thermodynamics. The doctrine of energy and entropy (Müller I. A history of thermodynamics. The doctrine of energy and entropy.pdf) 37 страницаMüller I. A history of thermodynamics. The doctrine of energy and entropy (1185104) страница 372020-08-21СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

We shall consider a similar situation belowwhen we deal with the ammonia synthesis.It was Helmholtz who pointed out Berthelot’s misunderstanding aboutthe decisive role of the heat of reaction in 188236 and – we know it, but hedid not – he had been anticipated by Gibbs. Most scientists, however,learned about the delicate balance between ǻu and ǻs from Helmholtz andthat is why the free energy F = U – T·S is known as the Helmholtz freeenergy in English speaking countries.Le Châtelier (1850–1936), the most eminent chemist at the turn of thecentury, did not indulge in speculation. He simply reported what he hadobserved when, in 1888, he pronounced the principle of least constraint orsimply le Châtelier’s principle: Every change of one of the factors of anequilibrium [e.g. pressure or temperature] brings about a rearrangement of34It was Berthelot who coined the words endothermic and exothermic.In a calorimetric bomb the reactions proceed at constant volume.

Therefore the heat ofreaction is equal to ǻu; for a reaction that happens at constant pressure the heat of reactionis ǻh = ǻu + pǻv, because some of the energy change is converted into work.36 H. Helmholtz; “Die Thermodynamik chemischer Vorgänge” [Thermodynamics ofchemical processes] Sitzungsberichte der preussischen Akademie der Wissenschaften.Berlin (1882 ).351565 Chemical Potentialsthe system – actually of its constituents – in such a direction as to decreasethe original change. For instance: An endothermic reaction – one with apositive heat of reaction – proceeds further at increased temperature, so thatthe temperature in the end does not rise quite as far as it would have donewithout the reaction. Similarly: A volume-increasing reaction is helpedalong by a pressure decrease, so that the eventual pressure drop is smallerthan without the reaction.Le Châtelier, when he translated Gibbs’s work into French in 1899, musthave had mixed emotions when he saw that his principle had been provedby Gibbs ten years before he himself stated it.

However, there was aconsolation: Gibbs’s proof was valid only for ideal gas mixtures, whereas leChâtelier’s statement claims general validity.Ostwald, the German translator of Gibbs, had said that he undertook thetask because he believed in hidden treasures in Gibbs’s work. He was right,and le Châtelier and later Haber and Bergius were chemists who uncoveredand lifted the treasures. Of course, Roozeboom had been another one, seeabove.Fritz Haber (1868–1934)Fritz Haber was a chemist who knew Gibbs’s work well enough to makeuse of it in the production of ammonia NH3 from the nitrogen N 2of the air.

The overall stoichiometric formula readsH 2 13 N 2 o 23 NH 3and the heat and entropy of reaction are37∆hRkJ30.8 moland ∆sRJ59.5 molK.Thus at normal temperature TR and pressure pR the energy, or enthalpy,drops and it is therefore conducive to the formation of ammonia. Theentropy drops also and that fact is bad for ammonia. But the energetic termkJdominates, since 'J4 64 ' U 4 .

13.1 molholds, so that the Gibbs freeenergy favours ammonia, and that is what counts, or it should be; seeFig. 5.7 which shows Gibbs free energies as a function of the extent ofreaction. For the reference state TR = 298 K and pR = 1atm the minimum ofG lies very close to 100% ammonia.37Chemists – at least the an-organic types – like to use molar quantitiesrelated to the mass-specific quantitiesthe molar mass andMrDPDPoaD by aDaD M D , where / Dis the relative molecular mass.aDwhich are/ TDgmolisFritz Haber (1868–1934)157Fig.

5.7. Gibbs free energies for the ammonia synthesis as functions of the extent of reactionAnd yet, nothing happens when hydrogen and nitrogen are mixed. Noammonia is formed and the mixture is perfectly stable, or rather metastable, since the strong chemical bonds between the atoms in H2 and N2must first be severed or weakened before ammonia can be formed.For that purpose Haber used perforated iron sheets whose surfacecatalyses the dissociations H2 ĺ 2H and N2 ĺ 2N at high temperature, say500°C. Unfortunately, such a high temperature emphasizes the negativevalue of 'U 4 so that the minimum of the Gibbs free energy lies on the sideof hydrogen and nitrogen, cf.

Fig 5.7, and once again, nothing happens. Butthen Haber knew what to do: The stoichiometric equation shows that thereaction, if it proceeds all the way, cuts the number of molecules by halfand, since all constituents are ideal gases, the volume is halved as well.Therefore, by le Châtelier’s principle and Gibbs’s formulae, a high pressureshould assist the reaction. Haber put the mixture under 200 atm andachieved a good output of ammonia,38 cf. Fig. 5.7.Ammonia can easily be converted into nitrates which the world cravesfor the production of fertilizers and explosives. Before Haber the mainsource of nitrates were the guano fields on the west coast of South America,over which Chile, Peru and Bolivia fought the guano war.

Chile won andBolivia lost her access to the sea.The Haber-Bosch synthesis was developed in 1908, just in time for thefirst world war. It was clear that in case of war Germany would be cut offfrom guano imports by a British naval blockade and therefore a hugeammonia plant was built in Saxony. Its output supplied the German armythroughout the four years of war easily. The country ran out of men andfood and morale, but never of explosives.

Haber received the Nobel prize in38The process is known as the Haber-Bosch synthesis after Haber, of course, and Karl Bosch(1874–1940), who suggested a good strong material for the pressure vessel. The apparatusis exhibited on the campus of the University of Karlsruhe, where it rusts away on anunkempt lot.1585 Chemical Potentials1918 and, after the war he was made director of the Kaiser WilhelmInstitute for physical chemistry.39Haber’s patriotism led him to propagate and direct the use of chlorineand mustard gas as a means of warfare on the western front.

Chlorine wasfirst. On April 22, 1915 it was used at Ypres against Canadian troops. Thetroops fled and the result was an unprecedented five-mile gap in the front.The strategic effect, however, was nil, since the German general staff hadnot really believed that the project would work, and was not prepared for anoffensive.40Only a little later Haber became a tragic figure. He was Jewish and, whenHitler came to power, he was stripped of all posts and driven into exile. Hewas not alone in that, of course, but while others were made welcome inBritain by an international initiative of scientists led by Ernest Rutherford,Haber was not, because of his poison gas activity.

He left for Italy but dieden route.Haber continued in what he saw as his patrioticduty after the disastrous war. He attempted toisolate gold from sea water in the hope to helpGermany repay the huge war indemnitydemanded under the Versailles peace treaty.In this effort Haber failed.

However, he couldhave saved himself the effort because in the endthe indemnity was never paid.Fig. 5.8. Fritz HaberThe impact of chemistry on war and warfare confirmed itself in thesecond world war. That war was largely fought by mobile troops withmechanized transport, and by tanks and airplanes, and the biggest logistical problemwas the supply of fuel. Germany has no natural mineral oil but a lot ofcoal, – both brown coal and pit coal.

And again, just in time, it becamepossible to convert both types of coal into benzine. That was the invention39It is a sign of the schizophrenia of German politics between the two world wars that theKaiser Wilhelm Institute retained its name in the time of the Weimar republic and duringthe national-socialist rule, although the monarchy was thoroughly discredited. It tookanother world war to shake the name loose.

The institute was renamed Max PlanckInstitute in 1946, cf. M. Planck: “Physikalische Abhandlungen und Vortraege” [Papersand lectures on physics] Vieweg, Braunschweig (1958). Foreword by M.von Laue.40 According to I. Asimov: “Biographies.” loc.citSocio-thermodynamics159of Friedrich Karl Rudolf Bergius (1884–1949),41 who had studied catalytichigh-pressure chemistry under Nernst and Haber.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
2,68 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6418
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее