Минералообразование

Наиболее распространенными в процессах минералообразования, как и вообще в природе, являются открытые системы, которые могут обмениваться со средой энергией и веществом.

Очень редкие закрытые системы, материально изолированные от внешней среды, но свободно обмениваются с ней энергией.

Если некоторые параметры системы меняются со временем, то мы говорим, что в такой системе происходит процесс. Если система выведена из состояния равновесия и представлена самой себе, то согласно первому исходному положению термодинамики через некоторое время она снова придет к исходному равновесному состоянию. Этот процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное состояние называется релаксацией, а промежуток времени, в течении которого система возвращается в исходное состояние равновесия, называется временем релаксации. Для разных процессов время релаксации различно: от 10-16 для установления равновесного давления в газе до нескольких лет при выравнивании концентрации в твердых сплавах.

Процесс называется равновесным или квазистатическим, если все параметры системы меняются физически бесконечно медленно, так что система все время находится в равновесном состоянии.
Вся термодинамическая система состоит из огромного числа частиц. Энергия этих непрерывно движущихся и взаимодействующих частиц называется энергией системы.

Полная энергия системы разделяется на внешнюю и внутреннюю. Во внешнюю энергию входят энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы в поле сил. Вся остальная часть энергии системы называется её внутренней энергией.

В термодинамике не рассматривается движение системы как целого и изменение её потенциальной энергии при таком движении, поэтому энергией системы является её внутренняя энергия. Внутренняя энергия является внутренним параметром и, следовательно, при равновесии зависит от внешних параметров: квазистатических изменений и от температуры.

Зависимость внутренней энергии от температуры почти у всех встречающихся в окружающей нас природе систем такова, что с неограниченным ростом температуры внутренняя энергия также неограниченно растет. Это происходит потому, что каждая молекула или какой-либо другой элемент «обычной» термодинамической системы может иметь любое большое значение энергии.

При взаимодействии термодинамической системы с окружающей средой происходит обмен энергией. При этом возможны два различных способа передачи энергии от системы к внешним телам.

Первый способ передачи энергии, связан с изменением внешних параметров, называется работой, второй способ – без изменения внешних параметров – теплотой, а сам процесс передачи – теплообменом. Второй способ возможен только при абсолютном нуле температуры.

Количество энергии, переданное системой с изменением её внешних параметров, также называется работой, а не количеством работы, а количество энергии, переданное системе без изменения её внешних параметров – количеством теплоты. Эти способы передачи энергии не являются равноценными, так как затрачиваемая работа может непосредственно пойти на увеличение другого вида энергии (электрической, магнитной, упругой, потенциальной энергии в поле и т.д.). Количество теплоты без предварительного преобразования в работу, может пойти только на увеличение внутренней энергии системы.
Если система не обменивается с окружающими телами ни энергией, ни веществом, то она изолированная или замкнутая, но обмен энергии происходит только теплотой; если же система имеет обмен с внешним миром, то она открытая.

Первое начало термодинамики связано с законом сохранения и превращения энергии, т.е. является частным выражением этого закона и как многие общие законы природы устанавливаются опытным путем и носит эмпирический характер.

Одним из доказательств справедливости закона сохранения энергии и первого начала термодинамики была экспериментально установленная Джоулем эквивалентность тепла и работы в круговых процессах.

В химической термодинамике (минералогической) из понятия механической работы и работы вообще исключается изменение энергии тела вследствие его перемещения в пространстве.

С точки зрения кинетической теории строения материи теплота представляет собой микрофизическую форму передачи энергии. Работа представляет собой макрофизическую форму передачи энергии.

Изменение энергии определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от характера протекания процесса. Иными словами кинетическая энергия – есть функция состояния системы.

Теплота и работа не являются параметрами состояния данной системы, они не могут присутствовать в ней в том или ином количестве. Они появляются при переходе из одного состояния в другое. В случае постоянного давления изменения энтальпии тепла является экстенсивным параметром.

Как и внутренняя энергия, энтальпия не зависит от пути протекания процесса и определяется параметрами начального и конечного состояния. Начало термодинамики устанавливает, что внутренняя энергия изменяется только под влиянием внешних воздействий окружающей среды.

Теплота, подведенная к системе в изобарическом процессе, расходуется на изменение её энтальпии. Это свойство теплоты обнаружил Гесс, сформулировав закон, носящий его имя: тепловой эффект химической реакции не зависит от пути процесса, а определяется лишь состоянием конечных и исходных веществ.