Учи физическую химию!

(поэма)

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Это стихотворение не претендует на полноту изложения курсов термодинамики и физической химии и не может заменить учебники и методические пособия

Я подумал, почему бы
Мне в стихах не рассказать
Про физхимии основы
Всем, кто хочет изучать

Эту сложную науку.
Иль не хочет... Но ему
Всё равно учить придётся,
Чтоб экзамен самому

Сдать хотя бы на четвёрку...
Иль хотя бы просто сдать...
Иль понять, о чём хотя бы
Нужно в книгах прочитать...

И любимой полурифмой
Расскажу я вам, друзья,
О физхимии - науке
Той, что изучаю я!

Что ж, начнём. Сначала скажем,
Что физхимии оплот -
Это очень важный термо-
Динамический подход.

Есть система - это область
Во Вселенной. И она
Вся границею раздела
От всего отделена.

Ну а  то, что вне системы,
Чем окружена она -
Окружающая это
Для системы есть среда.

Безусловно, два понятья
Представляют интерес -
Состояние системы
И, конечно же, процесс.

Состояние системы
Обозначить мы вполне
Сможем, если переменных
Три возьмём - p, T и V.

Уравненье состоянья
Связывает их везде,
Независимо менять мы,
Значит, можем только две.

От процесса не зависят
p, V, T. - И мы всегда
Функциями состоянья
Называем их тогда.

***

Сформулируем теперь мы
Самый главный постулат.
Он записан был уж больше
Сотни лет тому назад,

Что в конце-концов система
В равновесие придёт -
Прекратятся измененья -
Всё затихнет... Всё пройдёт...

Ведь в классической модели
Флуктуаций нет нигде -
Термодинамическое
Это равновесие.

А теперь я расскажу вам
Всем про нулевой закон -
А, В, С - есть три системы...
Назовём их так... Потом -
 
В равновесии системы,
Предположим, В и А...
Также В и С, допустим,
В равновесии... Тогда

Между А и С не будет
Теплота переходить,
Если в тепловом контакте
Сможем их соединить.

Это значит - есть параметр,
Знать вы все должны о нём,
Он - критерий равновесья
Или нет... И назовём

Мы его температурой.
С передачей теплоты
Связана она. И если
Т, допустим, не равны

У систем А с В, то если
Т(А) больше, чем Т(В),
Теплота передаваться
Будет в направленьи к В.

Что ж, пожалуй, забегаю
Я сейчас чуть-чуть вперёд...
Направление процессов
Ещё будет в свой черёд.

Нам давление с объёмом
Очень просто измерять,
Только вот температуру
Нужно нам ещё понять...

Все молекулы летают
С разной скоростью... Они
Подчиняются закону
Максвелла. Энергии

Разные у всех молекул,
И лишь Максвелла закон
Может описать всё это...
Выведен давно был он.

***

Есть энергия системы,
Внутренней зовут её.
Отличать её от внешней
Мы должны... И у неё

Замечательное свойство
Есть. Конечно же, она
Функцией лишь состоянья
Той системы быть должна.

Это значит - от процесса
Независима она,
Интеграл её по циклу
Будет нулевым всегда.

***

Изменение в процессе
Внутренней энергии
Задаётся уравненьем
Первого закона. И

Это измененье будет
Равным сумме теплоты
И работы над системой -
Q и дабл Ю (W)... Можешь ты

Так считать по ИЮПАКу.
Раньше ж был другой язык -
Ту работу брали с плюсом,
Что система совершит.

Буквой A обозначали
От немецкого Arbeit
Ту работу, что система
Совершает. И понять

Это, в общем-то, нетрудно.
И сказать мы можем так -
A и дабл Ю (W) отличает
Только лишь различный знак.

Теплота берётся с плюсом,
Если мы передаём
Её в сторону системы.
Если ж теплоту берём

От системы - значит, минус
Будет знак у теплоты.
Это мы должны запомнить
Хорошо. И я, и ты.

Ну и, наконец, мы скажем,
Что работа с теплотой -
Это функции процесса,
И зависят от того

Лишь, каким путём система
Изменяет состоянье,
И про теплоту с работой
Говорят - функционалы.

Если интеграл по циклу
От функционала взять -
Не получится в итоге
Нулевой уж результат.

Равновесные процессы
Разные в природе есть.
И из них мы вам расскажем
Про четыре. Это есть

Изохорный, изобарный,
Адиабатический,
И, конечно, упомянем
Мы изотермический.

Изохорного процесса
Теплоту мы рассчитать
(Ведь отсутствует работа!)
Сможем, словно пятью пять.

Изохорного процесса
Теплоту легко найду -
Слава Первому закону -
Теплота есть ДЕЛЬТА U.

Энтальпия. Есть такая
Функция. Она равна
U плюс pV. Дети знают
Хорошо её всегда.

Буквой Н обозначают
Энтальпию. И она -
Изобарного процесса
Важная величина.

Изобарного процесса
Теплоты величина
Измененью энтальпии
Получается равна.

Теплота в адиабате
Нулевая, и тогда
ДЕЛЬТА U равно работе -
Дабл Ю (W) или минус А.

Ну, а если изотерма,
Если идеальный газ,
То энергия - константа
У системы. И тотчас

Будет лишь равно нулю
Теплота Q плюс дабл Ю (W),
Либо будет уж равна
Теплота работе А.

Коль реакция в системе,
То особый интерес.
И как раз про этот случай
Рассказал нам Герман Гесс.

Тепловой эффект реакций
Не зависит от того,
Через сколько стадий будет
Протекать процесс. Его

В рамках Первого закона
Нам несложно описать.
Главное - чтоб три условья
Приходилось выполнять.

Раз условье - это чтобы
p константа или V,
Два - полезной пусть работы
Не должно быть вообще.

Три - мы про температуру
Говорим - она равна
У исходных и продуктов
По условью быть должна.

***

Что ж, теперь пора настала
Изучить Второй закон.
Но понять его непросто -
Множество студентов он

Отослал на пересдачу
Иль ещё куда-нибудь...
И поэтому должны мы
Разобрать закона суть!

Направление процессов
Задаёт Второй закон.
Правит он, как император,
Он для этого рождён.

Он указывает прямо,
Что куда должно идти,
По какому направленью,
И какие есть пути

Эволюции системы.
Ну, а Первый наш закон
Роль играет казначея,
Как бухгалтер служит он.

Значит так - есть энтропия,
Аддитивная она,
Функция лишь состоянья
Эта есть величина.

Ну, и с мерой беспорядка
Мы должны её связать.
Формулу великий Больцман
Вывел много лет назад...

Вечный двигатель второго
Рода не построишь ты,
Что работу извлекает
Просто так из теплоты.

Знай, что самопроизвольно
Теплота не перейдёт
От холодного к другому
Телу тёплому. Так вот,

В разные формулировки
Облечён Второй закон.
И по-разному возможно
Записать его. Ведь он

Многолик и многогранен...
Но среди различных фраз
Клаузиус выраженье
Записал давно для нас.

Вот оно: dS равно
дельта Q делить на Т,
Равновесный коль процесс,
Ну, а если тот процесс
Будет самопроизвольный,
То напишем знак мы "больше"
Вместо знака мы "равно",
Ну, а если этот знак
Будет "меньше" - это значит,
Что несамопроизвольный
Тот процесс, и протекать
Он не может просто так,
Если только сопряжённый
Не запустится процесс...
В результате для процессов
Чтоб суммарно оказалось
dS больше выраженья
дельта Q делить на Т.

А теперь параграф этот
Нужно вам перечитать.
Я хотел бы, чтоб вы сдали
Курс физхимии на "пять".

И стишок мой, я надеюсь,
Вам поможет понимать
Эту сложную науку,
Иль учебник в руки взять!

***

Что же, на закон на Третий
Бросим мы теперь свой взгляд.
Это - теорема Нернста,
Это - Планка постулат.

И по теореме Нернста
При стремленьи Т к нулю
ДЕЛЬТА G для всех процессов
К ДЕЛЬТА Н я устремлю.

И есть следствие такое
Теоремы Нернста, что
Теплоёмкости стремятся
Все к нулю при Т равно

Нулю Кельвина. И, значит,
Энтропия вещества
К постоянному значенью
Устремляется, когда
Т к нулю стремиться будет...

Ну, а Планка постулат
Говорит, что энтропия
Идеального кристалла
Будет лишь равна нулю
При температуре, равной
Нулю Кельвина. Люблю
Я физхимии основы,
И готов я вновь опять
Без конца их повторять!

***
 
Постулаты и законы
Есть физхимии основы,
И на этих трёх законах,
Как Земля на трёх китах,
Зиждется наука эта,
В формулы она одета,
И я должен вам сказать -
Чтобы дальше изучать
Вам физхимию, вам нужно
Математику учить,
Иль хотя бы повторить,
Потому что интегралы
Нужно хорошо вам знать,
И, конечно, без сомнений
Производные считать.

Что ж, лиха беда начало!
Нужно только захотеть -
Почитать кирпич-учебник,
Над задачами вспотеть...

Без труда ты не поймаешь
Даже рыбку из пруда...
Постарайся - и получишь
Ты пятёрку. Верь мне! Да!

И когда ты на "отлично"
Сдашь физхимию - придёт
Счастие и в жизни личной,
Ведь отличникам - везёт!

Сентябрь-ноябрь 2019

Художник - Фионова Елена Александровна