Departamentul de Chimie Fizică și coloidale SFU
Materiale pentru cursuri pentru studenții de la Departamentul de Chimie
Prima lege a termodinamicii
Cererile de prima lege a termodinamicii proceselor chimice. Legea lui Hess
Este cunoscut faptul că cele mai multe reacții chimice însoțite de eliberare (reacții exoterme) sau absorbție (reacție endotermă) de căldură. Prima lege a termodinamicii face posibilă calcularea entalpia standard de formare în condiții diferite de implementare a acestuia.
Entalpia standard de formare - cantitatea de căldură eliberată sau absorbită în reacție. Efectele termice includ, de regulă, la un mol de materie primă de pornire a reacționat, coeficientul stoechiometric în fața căreia este maxim.
De exemplu, reacția de oxidare a hidrogenului în termodinamicii chimice este scris ca:
iar efectul termic se calculează pe 1 mol de hidrogen.
Pentru efectul termic este cantitatea care depinde numai de natura reacțiilor chimice, trebuie îndeplinite următoarele condiții:
1. Reacția are loc la volum sau presiune constantă.
2. Sistemul nu efectuează nici o lucrare, alta decât activitatea de expansiune.
3. Temperatura produselor de reacție egală cu temperatura materiilor prime.
Efectele termice care însoțesc reacțiile chimice fac obiectul uneia dintre secțiuni termodinamicii chimice - termochimie. Noi definim unele concepte de termochimie.
Căldura formării de substanțe - efectul termic al reacției de 1 mol dintr-un compus simplu. Căldurile formării de substanțe simple, presupuse a fi zero.
Căldura substanțelor de ardere - efectul termic al reacției de oxidare a 1 mol unei substanțe într-un exces de oxigen, la cele mai înalte oxizi stabile.
Căldura soluției - efectul termic al procesului de dizolvare 1 mol de substanță într-o cantitate mare de solvent infinit. Căldura soluției constă din două componente: distrugerea termică a rețelei cristaline (pentru solide) și căldura de solvatare:
ca # 916; Nkr.resh întotdeauna pozitiv (pentru distrugerea rețelei cristaline trebuie consumate energie) și # 916; Nsolv întotdeauna un semn negativ # 916; Nrastv determinată prin raportul valorilor absolute # 916; și Nkr.resh # 916; Nsolv:
Deoarece caracterul complet al solvatare particulelor depinde de concentrația solutului a soluției, se izolează prin mai multe tipuri de călduri de soluție.
căldură integrală de dizolvare # 916; Hm - cantitatea de căldură eliberată sau absorbită prin dizolvarea 1 mol de substanță într-o cantitate de solvent pentru a se obține o concentrație a soluției de m. căldură integrală a soluției la o diluție infinită (m -> 0) și saturație (m = S) au primit denumiri speciale: primul căldură de dizolvare # 916; Ho și căldura plină de soluție # 916; HS, respectiv. Când adăugați material singura soluție este eliberată sau absorbită de căldură de dizolvare a intermediarului (m1 - inițial, m2 - concentrația finală a soluției).
Adăugarea solventului la concentrația finală corespunzătoare a soluției este de asemenea însoțită de un efect termic. de reproducție de căldură Integral # 916; H ° m - efectul termic al diluarea soluției care conține 1 mol de substanță dizolvată la o concentrație de m, până la diluție infinită (m = 0). căldură intermediară de diluare - efectul termic al diluarea soluției care conține 1 mol de substanță, concentrația de m1 până la atingerea concentrației m2 (m2 Legea de bază a termochimie este legea lui Hess, care este un caz special al primei legi a termodinamicii: Entalpia standard de formare efectuate în izoterm-izobarice sau izocoră-izoterme condiții, dependente numai de tipul și starea materiilor prime și a produselor de reacție și este independentă de calea de curgere. Mai sus sa arătat că schimbarea entalpie # 916; H (Qp izobară proces efect termic) și variația energiei interne # 916; U (Qv izocoră proces efect termic) nu depinde de modul în care se deplasează sistem de inițiala la starea finală. Luați în considerare un proces chimic generic de conversie A1 materii prime. A2. A3. B1 în produsele de reacție. B2. B3. care pot fi puse în aplicare în diverse moduri, în una sau mai multe etape: Conform legii Hess, efectele termice ale tuturor acestor reacții sunt legate, după cum urmează: Semnificația practică a legii lui Hess este că vă permite să se calculeze efectele termice ale proceselor chimice. Calculele termochimice folosesc în mod obișnuit o serie de consecințe ale legii Hess: 1. Efectul termic al reacției înainte este egală în mărime și în semn opus efectului termic al reacției inverse (așa-numita lege Lavoisier - Laplace). 2. Pentru cele două reacții au aceeași sursă, dar statele finale diferite, diferența dintre efectele termice este efectul termic al trecerii de la un stat la altul capăt. 3. Pentru ambele reacții care au același scop, dar diferite stări inițiale, diferența dintre efectele termice este efectul termic al trecerii de la o stare la alta sursa. 4. Entalpia standardul de formare este egală cu diferența dintre sumele căldurile de formare a produșilor de reacție și a materiilor prime, înmulțite cu coeficienți stoichiometrice. 5. Entalpia standard, de formare este egală cu diferența dintre sumele căldurile de ardere a materiilor prime și produselor de reacție înmulțită cu coeficienți stoichiometrice. Ca un exemplu, ia în considerare la calculul efectului termic al reacției de oxidare a unui mol de glucoză (căldura de formare a oxigenului prin definiție zero): Valorile efectelor termice ale reacțiilor chimice depind de condițiile în care reacțiile sunt efectuate. Prin urmare, valorile din tabel ale căldurile diverselor procese pot fi transportate la starea standard, - temperatura 298 K și o presiune de 101325 Pa (760 mm Hg. 1 atm ..); Cantitatea de efecte termice se numește efecte termice standard, în aceste condiții - # 916; H 298 °. # 916; U ° 298.articole similare