Основні закономірності хімічних перетворень. Термохімія

Огляд теми:  1.1

Тема	Література
Хімічна термодинаміка та термохімія Конспектування основних моментів теми. Виконання домашніх завдань по темі.	А.И.Болдырев. Физическая и коллоидная химия . «Высшая школа», М.: 1983г.с.48-80 И.С.Галинкер, П.И. Медведев. Физическая и коллоидная химия. «Высшая школа», М: 1972г. С. 42-59.

Тема: Основні закономірності хімічних перетворень. Термохімія.

Термодинаміка - Наука о різних перетвореннях енергії, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій – хімічна

Ентальпію ще називають енергією розширеної системи або теплоємністю системи

Ентропія S - Кількісна міра  імовірності стану, невпорядкованості, безладдя.

Енергетичні ефекти реакцій вивчає термохімія.

Наука о різних перетвореннях енергії, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій –

 хімічна термодинаміка

Тепловий ефект хімічної реакції – Q – це кількість теплоти , що виділяється або поглинається під час реакції і віднесена до певного числа моль речовин.

Система – це будь-яка обмежена яким-небудь чином частина фізичного світу, що включає одну чи декілька речовин між якими можливі тепло або масообмін

Якщо реакція протікає при постійному тиску (більшість хімічних реакцій) – ізобарні реакції (системи). Якщо реакція протікає при постійному об’ємі – ізохорні реакції.

 2. Внутрішня енергія системи – це загальний запас енергії системи за винятком кінетичної енергії системи,  що складається з енергії руху і взаємодії молекул, енергії руху і взаємодії ядер і електронів в атомах, молекулах і кристалах, внутрішньоядерній енергії і т.п.

Отже для ізобарного процесу:

Q_p = DU +P DV – математичний вираз першого закону термодинаміки

3. Перший закон термодинаміки:

Теплота, яку отримує система витрачається на зміну внутрішньої енергії і на роботу

Права частина цього рівняння U +P V- характеризує  власні властивості системи  і називають ентальпією – Н = U +P V.  Ентальпію ще називають енергією розширеної системи або теплоємністю системи.

В  екзотермічних реакціях теплота виділяється, тобто внутрішня енергія і ентальпія системи зменшуються: Q>0, DH<0  (DU<0)

     В  ендотермічних реакціях теплота поглинається, тобто внутрішня енергія і энтальпія системи зростають: Q<0, DH>0  (DU>0).

 У випадку ізобарного процесу енергетичний ефект реакції дорівнює зміні ентальпії системи з протилежним знаком:       Q_p = - DH.

ΔН°_утв. (кДж/моль) – це тепловий ефект реакції утворення 1 моля речовини з простих речовин при стандартних умовах

4.  Закон Гесса.  

     Герман Іванович Гесс, професор Петербурзького університету, у 1841р. сформулював закон, що лежить в основі всіх термодинамічних розрахунків.

               Тепловий ефект залежить тільки від стану вихідних і кінцевих продуктів, і не залежить від шляху процесу, тобто від числа і характеру проміжних стадій

Наслідки з закону Гесса.

Тепловий ефект будь-якої реакції можна розрахувати, знаючи энтальпії  утворення, або  энтальпії згоряння всіх учасників реакції:

DH = å n_i DH_{утв. продуктів}  - å n_j DH _{утв. исх. речовин} [кДж]

DH = å n_i DH_{згор. исх.речовин}  - å n_j DH _{згор. прод.}        [кДж]

     5. Зниження енергії системи назвемо енергетичним чи ентальпійним фактором.

Однак стверджувати, що тільки екзотермічні реакції (DH < 0) можуть протікати самовільно, не можна. Серед реакцій, що протікають самовільно, дійсно велика частина – це екзотермічні процеси, але є також ендотермічні (наприклад, випар води) і ті, у яких тепловий ефект близький до нуля (наприклад, процеси дифузії газів).

Кількісною мірою  імовірності стану, невпорядкованості, безладдя – є ентропія S. Для всіх речовин, у тому числі для простих, що знаходяться в будь-якому агрегатному стані S >0.  Абсолютні значення ентропії розраховують методом статистичної механіки.

Ентропія будь-якої речовини при стандартних умовах називається стандартною ентропією,  її значення приведене в довіднику:    S⁰₂₉₈  [Дж/(К.моль)].

ПРИКЛАД.                          Н₂О_(кр)               Н₂О_(р)               Н₂О_(г)

S⁰ , Дж/(К.моль)                    39                     70                    189

 Те саме речовина в різних агрегатних станах характеризується різними значеннями ентропії S⁰, причому, у міру збільшення ступеня безладдя (т ®р® г), ентропія зростає.