Напишем:


✔ Реферат от 200 руб.
✔ Контрольную от 200 руб.
✔ Курсовую от 500 руб.
✔ Решим задачу от 20 руб.
✔ Дипломную работу от 3000 руб.
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Энергетические эффекты химических реакций

Химическая термодинамика - наука, изучающая переходы энергии из одной формы в другую при химических реакциях и устанавливающая направление и пределы их самопроизвольного протекания при заданных условиях.

Объектом изучения в термодинамике является система. Системой называется совокупность находящихся во взаимодействии веществ, обособленная от окружающей среды. Различают гомогенные и гетерогенные системы.

Систему называют термодинамической, если между телами, ее составляющими, может происходить обмен теплотой, веществом и если система полностью описывается термодинамическими понятиями.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые, закрытые и изолированные.

Каждое состояние системы характеризуется определенным набором значений термодинамических параметров (параметров состояния, функций состояния).

Основными параметрами состояния являются такие параметры, которые можно непосредственно измерить (температура, давление, плотность, масса и т. д.).

Параметры состояния, которые не поддаются непосредственному измерению и зависят от основных параметров, называются функциями состояния (внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, термодинамические потенциалы).

Изменение величины хотя бы только одного термодинамического параметра приводит к изменению состояния системы в целом. Термодинамическое состояние системы называют равновесным, если оно характеризуется постоянством термодинамических параметров во всех точках системы и не изменяется самопроизвольно (без затраты работы).

В химической термодинамике свойства системы рассматриваются в ее равновесных состояниях.

Если процессы перехода системы происходят при постоянстве каких-то параметров системы, то они называются:

1) изобарные (р = const);

2)  изохорные (V= const);

3)  изотермические (Т = const);

4)  адиабатные (Q = 0);

5)  изобарно-изотермические (р = const, Т=const);

6)  изохорно-изотермические (V= const, T= const).

В ходе химической реакции (переходе системы из одного
состояния в другое) изменяется внутренняя энергия системы U:
DU = U2-U1,                                                                           (2.1)

где U2 и U1 - внутренняя энергия системы в конечном и начальном состояниях.

Значение DU положительно (DU> 0), если внутренняя энергия системы возрастает.

Изменение внутренней энергии можно измерить с помощью работы и теплоты, так как система может обмениваться с окружающей средой веществом или энергией в форме теплоты Q и работы А.

Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики:

Q = DU + A.                                                       (2.2)

Выражение (2.2) означает, что теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на работу системы над окружающей средой.

Энтальпия системы и ее изменение.

Работу А можно разделить на работу расширения


A = p×DV (p = const)                                                             (2.3)

и другие виды работ А' (полезная работа), кроме работы расширения:

A = A' + p×DV,                                                   (2.4)

где р - внешнее давление;

DV- изменение объема (DV= V2 - V\);

V2 - объем продуктов реакции;

V1 - объем исходных веществ.

Соответственно уравнение (2.2) при постоянном давлении запишется в виде:

Qp = DU + A' + p×DV.                                                              (2.5)

Если на систему не действуют никакие другие силы, кроме постоянного давления, т. е. при протекании химического процесса единственным видом работы является работа расширения, тоА' = 0.

В этом случае уравнение (2.2) запишется так:        

Qp = DU + p×DV.                                                                       (2.6)

Подставив DU= U2 – U1, получим:

QP=U2 -U1+ pV2 + pV1=(U2 +pV2)-(U1 + pV1).                                     (2.7)

Характеристическая функция

U + pV = H                                                                               (2.8)

называется энтальпией системы. Это одна из термодинамических функций, характеризующих систему, находящуюся при постоянном давлении. Подставив уравнение (2.8) в (2.7), получим:

Qp = H2-H1=DrH.                                                                      (2.9)

Как видно из уравнения (2.9), в случае изобарного процесса (р = const), теплота, подведенная к системе, равна изменению энтальпии системы. Как и другие характеристические функции, энтальпия зависит от количества вещества, поэтому ее изменение (DrH0) обычно относят к 1моль и выражают в кДж/моль.

Таким образом, изменение энергии системы при изобарных процессах характеризуют через энтальпию этих процессов DrН.

Изменение энергии системы при протекании в ней химической реакции при условии, что система не совершает никакой другой работы, кроме работы расширения, называется тепловым эффектом химической реакции (энтальпией реакции).

Для изохорного процесса:

QV = DU.                                                                        (2.10)

Если реакция протекает в изохорно-изотермических условиях, то

Qv.m = -DU.                                                                     (2.11)

Если реакция протекает в изобарно-изотермических условиях, то

Qp,m = -DrH.                                                                   (2.12)

Стандартной энтальпией (теплотой) образования DfH0 химического соединения называется изменение энтальпии в процессе образования одного моля этого соединения, находящегося в стандартном состоянии (р = 100 кПа, Т= 298 К), из простых веществ, также находящихся в стандартных состояниях и термодинамически устойчивых при данной температуре, фазах и модификациях.

Стандартные теплоты образования определяют только для сложных веществ.

Раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией.

Термохимические уравнения - это химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции (DrH0) и физическое состояние реагентов и продуктов.

Если в результате реакции теплота выделяется, т. е. энтальпия системы понижается (DrH0 < 0, Q > 0), то реакция называется экзотермической. Реакция, протекающая с поглощением теплоты, т. е. с повышением энтальпии системы (DrH0 > 0, Q < 0), называется эндотермической.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: