У хімічній термодинаміці розглядаються два основних способи обміну енергією між системою і навколишнім середовищем: обмін енергією у вигляді теплоти і обмін енергією у вигляді роботи. Перший спосіб обміну енергією здійснюється при безпосередньому контакті тіл, які мають різну температуру. При цьому енергія передається від тіл з більшою температурою до тіл з меншою температурою.
Теплота процесу – це енергія, яка передається одним тілом іншому при їх взаємодії, що залежить тільки від температур цих тіл, і не пов’язана з перенесенням речовини. У термодинаміці прийнято енергію, одержану системою у формі теплоти, називати підведеною теплотою і вважати позитивною, а віддану – називати відведеною і вважати негативною.
Другий спосіб обміну енергією обумовлений наявністю силових полів або зовнішнього тиску. При такому обміні термодинамічне тіло повинно рухатися у силовому полі або під дією зовнішнього тиску змінювати свій об’єм. Такий спосіб обміну енергією називається передачею енергії у вигляді роботи, а енергія, яка передається одним тілом іншому при їх взаємодії, яка не залежить від температури цих тіл і не пов’язана безпосередньо з перенесенням тепла від одного тіла до іншого, називається роботою процесу. Роботу прийнято вважати позитивною, якщо вона здійснюється системою щодо навколишнього середовища, і негативною, якщо її здійснює навколишнє середовище щодо системи.
Робота визначається добутком шляху, який проходить система під дією будь-якої сили, на цю силу. Уявимо собі циліндр з рухомим поршнем площею S (рис.1.3). Поршень навантажений і утворює тиск Р. Очевидно, що сила, яка діє на поршень, буде дорівнювати PS. Якщо поршень перемістився на елементарну відстань dh, то при цьому виконується елементарна робота dА=PSdh. Але S?dh=dV, тому dA=PdV. Остаточна робота визначається інтегруванням цього рівняння:
,(1.4)
де V1 і V2 – об’єми, відповідні початковому та кінцевому станам.
У діаграмі Р – V робота характеризується площею, розміщеною під кривою процесу ( рис.1.4). З рисунка видно, що робота не є функцією стану системи, оскільки залежить від шляху процесу. Те саме можна сказати і про теплоту. Таким чином, елементарна теплота dQ та елементарна робота dА не являють собою повних диференціалів параметрів стану і є лише нескінченно малими кількостями теплоти і
Рисунок 1.3 – Робота сил Рисунок 1.4 – Графічне розширення подання роботи.В хімічній термодинаміці теплоту і роботу прийнято виражати у Дж/моль.
,(1.4)