фект реакції QV дорівнює зміні внутрішньої енергії системи: QV = U2 - U1 = DU, тому що W = 0 (4.8). p> У изобарном процесі p = const, отже, тепловий ефект реакції Q дорівнює:
QP = DU + p В· DV = (U2 - U1) + p В· (V2 - V1) = (U2 + p В· V1) - (U1 + p В· V1). br/>
Позначимо: U + p В· DV = H (4.9).
Величина H називається ентальпією або теплосодержанием системи. Тому тепловий ефект хімічної реакції при изобарном процесі дорівнює зміні ентальпії системи:
QP = H2 - H1 = DH (4.10).
або
QP = DU + p В· DV = DH (4.10а).
Ентальпія, також як і внутрішня енергія, є термодинамічної функцією стану системи.
Для реакцій, в яких беруть участь тільки тверді і рідкі речовини, член p В· DV в рівнянні (4.10а) нехтує малий або дорівнює нулю. Для подібних реакцій виконується співвідношення DH В»DU. Для газофазних реакцій, що протікають за участю газоподібних речовин, зміна обсягу значно. Якщо DV> 0, тобто відбувається розширення, то DH> DU; якщо DV <0, тобто відбувається стиснення, то DH
p В· DV = Dn В· R В· T, де Dn - зміна числа моль газу, що визначається з рівняння реакції; наприклад,
(NH4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O, Dn = 5. br/>
Хімічні реакції, що проходять із виділенням теплоти, називаються екзотермічними. При цьому в ізохорному процесі внутрішня енергія системи зменшується, тобто DU <0 (тому U2 Хімічні реакції, протікають з поглинанням теплоти, називаються ендотермічними. При цьому в ізохорному процесі DU> 0, в изобарном процесі - DH> 0. Зменшення ентальпії в екзотермічних процесах означає, що сумарна енергія, міститься в продуктах реакції у вигляді енергії хімічних зв'язків, міжмолекулярних взаємодій, молекулярних коливань і т.д. менше сумарної енергії вихідних речовин (реагентів). І навпаки, збільшення ентальпії в ендотермічних процесах означає, що сумарна енергія, що міститься в продуктах реакції більше сумарної енергії вихідних речовин.
Зміна ентальпії при стандартному стані речовин, що беруть участь у реакції або при фазовому перетворенні, позначається DH В° (T) і DH В° (298 K), якщо температура системи T або 298,15 K.
Теплові ефекти хімічних реакцій залежать не тільки від умов (температура, тиск, об'єм), в яких вони протікають, але і від кількості речовин, що беруть участь у реакції, і їх фізичного стану. Тому для того, щоб можна було порівнювати енергетичні ефекти різних процесів, їх характеризують зміною ентальпії за стандартних умов, відповідним конкретному рівнянню хімічної реакції. Рівняння хімічних реакцій, в яких вказані їх теплові ефекти і агрегатні стани (г-газове, ж-рідке, к-кристалічна, т-тверде) або аллотропние модифікації (наприклад, a-сірка, b-сірка) речовин, називаються термохімічними рівняннями реакцій. Наприклад:
2H2 (г) + O2 (г) = 2H2O (ж), DH В° (298 K) = -571,6 кДж 2H2 (г) + O2 (г) = 2H2O (г), DH В° (298 K) = -483,6 кДж
Термохімічна ЗАКОНИ. Термохімічна РОЗРАХУНКИ
Теплові ефекти хімічних реакцій можна визначити експериментально або розрахунковим шляхом. Вимірювання теплових ефектів називається калориметрією. В основі термохімічних розрахунків лежить закон, сформульований російським ученим Г.І. Гессом (1840 р.):
Тепловий ефект хімічної реакції не залежить від шляху її протікання, а залежить від природи і фізичного стану вихідних речовин і продуктів реакціі.Ето означає, що якщо яку-небудь реакцію представити у вигляді декількох послідовних стадій, то тепловий ефект даної реакції буде дорівнює сумі теплових ефектів кожн ой стадії.
Наприклад, тепловий ефект реакції горіння метану дорівнює DH В° = -890,2 кДж
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; DH В° 1 = -890,2 КДжПусть це перетворення являє собою "Шлях А", що проходить через стадію (1). Можна уявити протікання даної реакції через "Шлях В", проходить через ряд проміжних стадій (2), (3), (4) і (5), де стадія (5) = (3) + (4). Теплові ефекти кожної з цих стадій рівні відповідно:
(2) CH4 (г) = C (графіт) + 2H2 (г); DH В° 2 = +74,9 кДж
(3) C (графіт) + O2 (г) = CO2 (г); DH В° 3 = -393,5 кДж
(4) 2H2 (г) + O2 (г) = 2H2O (ж); DH В° 4 = -571,6 кДж
Відповідно до закону Гесса сума теплових ефектів на кожній стадії "Шляхи В" буде дорівнює тепловому ефекту реакції горіння метану на "Шляхи А":
DH В° 1 = DH В° 2 + DH В° +5 = DH В° 2 + DH В° 3 + DH В° 4 -890,2 = 74,9 - 393,5 - 571,6 (кДж)
Експериментально було встановлено (закон Ломоносова - Лавуазьє - Лапласа), що теплові ефекти прямий і зворотної реакцій чисельно рівні, але протилежні за знаком.
Так, якщо пряма реакція екзотермічна, то зворотна - ендотермічна:
Із закону Гесса випливають два важливих у пра...
