(термохимические расчеты)
При ответе задач этого раздела см. таблицу 5.
Науку о обоюдных превращениях разных видов энергии именуют термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, и направление самопроизвольного течения разных процессов в данных условиях.
При химических реакциях происходят глубокие качественные трансформации в совокупности, рвутся связи в исходных веществах и появляются новые связи в конечных продуктах. Эти трансформации сопровождаются поглощением либо энерговыделением. Как правило данной энергией есть теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, именуют термохимией.
Реакции, каковые сопровождаются выделением теплоты, именуют экзотермическими, а те, каковые сопровождаются поглощением теплоты, — эндотермическими. Теплоты реакций являются, так, мерой трансформации особенностей совокупности, и знание их может иметь громадное значение при определении условий протекания тех либо иных реакций.
При любом ходе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более неспециализированного закона природы — закона сохранения материи. Теплота Q, поглощенная совокупностью, идет на трансформацию внутренней энергии DU и на совершение работы A:
Q = DU + A
Внутренняя энергия совокупности U — это неспециализированный ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного перемещения молекул, энергию внутримолекулярных атомных групп и колебаний атомов, энергию перемещения электронов, внутриядерную энергию и т.д.
Внутренняя энергия — полная энергия совокупности без потенциальной энергии, обусловленной положением совокупности в пространстве, и без кинетической энергии совокупности как целого.
Безотносительное значение внутренней энергии U веществ неизвестно, поскольку нельзя привести совокупность в состояние, лишенное энергии.
Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, являетсяфункцией состояния, т.е. ее изменение конкретно определяется начальным и конечным состоянием совокупности и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс DU = U2 – U1, где DU -изменение внутренней энергии совокупности при переходе от начального состояния U1 в конечное U2. В случае если U2 U1, то DU 0.
работа и Теплота функциями состояния не являются, потому что они являются формами энергопередачи и связаны с процессом, а не с состоянием совокупности. При химических реакциях A — это работа против внешнего давления, т.е. в первом приближении A = pDV, где DV — изменение количества совокупности (V2 – V1). Так как большая часть химических реакций проходит при постоянном давлении, то для изобарно-изотермического процесса теплота:
QP = DU + pDV,
QP = (U2-U1) + p (V2-V1),
QP = (U2 + pV2) — (U1 + pV1).
Сумму U + pV обозначим через H, тогда:
QP = H2 – не1 = DH
Величину Н именуют энтальпией. Так, теплота при р = const и T = const получает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Из этого теплота реакции в изобарно-изотермическом ходе QP равна трансформации энтальпии совокупности DH (в случае если единственным видом работы есть работа расширения):
QP = DH
Энтальпия, как и внутренняя энергия, есть функцией состояния; ее изменение (DH) определяется лишь начальными и конечными состояниями совокупности и не зависит от пути перехода. Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом ходе (не = const; T = const), при котором DV = 0, равна трансформации внутренней энергии совокупности:
QV = DU
Теплоты химических процессов, протекающих при p, T = const и V, T = const, называюттепловыми эффектами.
При экзотермических реакциях энтальпия совокупности значительно уменьшается и DH0 (H2H1). В будущем тепловые эффекты везде выражаются через DH.
Термохимические расчеты основаны на законе Гесса (1840): тепловой эффект реакции зависит лишь от физического состояния и природы исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.
Довольно часто в термохимических расчетах используют следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (DH х.р..) равен сумме теплот образования DHобр продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции:
Энергетика химических процессов. Учебный фильм по химии
