Теплота реакции и энтальпия
Для химических процессов характерно разрушение старых и образование новых связей между атомами. Отличительным признаком химической реакции является изменение состава системы в результате перераспределения массы между реагирующими веществами. Энергия, проявляющаяся только в результате химической реакции называется химической энергией. Она является частью внутренней энергии системы, рассматриваемой в процессе химического превращения и идет на свободную, выделяющуюся теплоту (теплоту реакции) и различные работы. Тепловой эффект (теплота) химической реакции – это максимальная теплота процесса, поглощаемая или выделяемая термодинамической системой в результате химического превращения исходных веществ в продукты реакции при постоянных V,T (изохорно-изотермический процесс) или р,Т (изобарно-изотермический процесс), отнесенная к химическому количеству веществ равному стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Основное уравнение первого закона термодинамики применительно к химическим реакциям записывот в виде: ∆U = Q – Aобщ., где ∆U – изменение внутренней энергии системы, Q – теплота реакции, поглощенная системой, Aобщ. – сумма работ объемной деформации (против внешних сил), против электрических, магнитных, звуковых и других проявляющихся ходе химической реакции. Различные химические реакции могут протекать как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении. Определим, изменению каких функций состояния соответствуют при этом их тепловые эффекты. Пусть система совершает работу только против сил внешнего давления, тогда изменение внутренней энергии будет равно: DU=Q - рDV, где р — внешнее давление, а DV— изменение объема. Произведение рDV = А —работа объемной деформации, причем, она положительна (DV>0) при увеличении объема системы и отрицательна при уменьшении (DV<0). Если реакция протекает при постоянном объеме, то изменение объема равно нулю, следовательно, произведение pDV = 0. Таким образом, тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном объеме и температуре, равен изменению внутренней энергии системы: QV,Т = DU. Индекс «V,Т» обозначает, что реакция протекает при постоянном объеме и температуре. Часто химические процессы проводят при постоянном (атмосферном) давлении. Рассмотрим, чему будет равен тепловой эффект реакции при постоянном давлении и температуре. В этом случае: U2 - U1 = Qp,Т – pּ(V2 – V1). Отсюда Qр,Т = (U2+p V2) - (U1 + pV1). Выше отмечалось, что параметры системы подпадают под определение функции состояния, так как их изменение зависит только от значений в начальном и конечном состояниях системы. Поэтому произведение давления на объем будет функцией состояния системы, а сумма этого произведения с внутренней энергией также будет представлять функцию состояния, которая называется энтальпией (H): H = U + pV. Тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении, равен изменению энтальпии системы: Qр,Т = Н2 –Н1 =DН, где H1 — энтальпия исходных веществ, а H2 — энтальпия продуктов реакции. Иными словами, Qp,Т , так же как и QV,Т , не зависит от пути протекания реакции. По знаку теплового эффекта реакции делятся на: эндотермические (Q>0)— реакции, протекающие с поглощением тепла, и экзотермические (Q<0)— реакции, в результате которых тепло выделяется. Запись термохимических уравнений отличается от записи уравнений химических реакций. При написании термохимических уравнений реакций необходимо указать дополнительную информацию: а) для всех участников процесса — и для реагентов (веществ, вступивших в реакцию), и для продуктов (веществ, образовавшихся в результате реакции), используя нижние индексы, указывают их агрегатные состояния: «к» — кристаллическое (иногда «т» – твердое); «ж» — жидкое; «г» — газообразное; «р» — раствор. б) в правой части уравнения указывают тепловой эффект реакции. Например: 2 NaК + Н2ОЖ = 2 NaОН Р + Н2 Г + 368 кДж В термохимических таблицах обычно приводятся тепловые эффекты реакций при постоянном давлении, которые обозначаются: DrH0T, где нижний индекс Т соответствует температуре, к которой относится данное значение теплового эффекта (обычно для Т= 298 К). Верхний индекс «°» означает, что все участники реакции находятся в стандартных состояниях. Этот тепловой эффект реакции называют изменением энтальпии реакции или чаще простоэнтальпией реакции. Уравнение выше упомянутой реакции записывается так: 2 NaК + Н2ОЖ = 2 NaОНк + Н2 Г DrH0298 = -368 кДж Отрицательное значение энтальпии реакции свидетельствует о том, что реакция экзотермическая. Очевидно, что система, в которой мы рассматривали изменение энтальпии химической реакции, является закрытой термодинамической системой. Экспериментальным определением тепловых эффектов различных реакций занимается раздел химии, называемый термохимией.Найденные величины составляют основы справочников. С их помощью можно рассчитать тепловые эффекты других реакций, даже тех, которые провести экспериментально невозможно. Для этого необходимо составить цикл из термохимических реакций, которые можно осуществить экспериментально и результатом сложения которых является искомая реакция. Для составления подобных термохимических циклов необходимо познакомиться с важнейшими определениями, приведенными ниже.
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (567)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |