1 THERMODYNAMICĂ CHIMICĂ ȘI TERMOCHIMIE
1.1 PRIMUL INIȚIRE A TERMODINAMICELOR. LEGEA HESS
Studiul termodinamicii chimice studiază efectele energetice care însoțesc procesele chimice, precum și posibilitatea și direcția proceselor spontane.
Sistemul este corpul sau grupul de organisme care se află în interacțiune cu mediul și sunt separate din punct de vedere mental.
În orice proces, legea conservării energiei este respectată:
Acest raport se numește prima lege a termodinamicii, și înseamnă că, în cazul în care sistemul este furnizat Q. căldură ea a petrecut cu privire la modificarea energiei interne și δ U pentru a efectua munca A.
Prin energia internă a sistemului U se înțelege stocul său total (energia mișcării moleculelor, electronilor, energiei intranucleare etc.) în plus față de energia cinetică și potențială a sistemului ca întreg.
Lucrarea are loc, de obicei, atunci când sistemul este extins la presiune externă și la presiune constantă este A = P δ V. Prin urmare, prima lege a termodinamicii poate fi scrisă sub forma:
Cantitatea H = U + PV se numește entalpia. Astfel, efectul termic al procesului la presiune constantă este egal cu schimbarea entalpiei δ H. Pentru un volum constant V1 = V2. prin urmare Qv = δ U. Qv ≠ Qp. și anume Efectul termic al procesului depinde de condițiile fluxului său.
În condiții de laborator, reacțiile sunt de obicei efectuate la presiune constantă (de exemplu, într-un balon). Efectele termice măsurate la presiunea atmosferică (101325 Pa Pascal (Pa) - o unitate de presiune în sistemul SI.
Un paccal este egal cu presiunea produsă de o forță de un nouton pe metru pătrat. ) sunt numite standard și sunt notate cu δH °. Denumirea poate indica temperatura absolută la care se determină efectul termic, de exemplu (la 1 atm și 25 ° C).
Reacțiile pot avea loc cu evoluția căldurii (exotermic) și cu absorbția acestuia (endotermic). Ecuațiile reacțiilor în care este indicat efectul termic se numesc termochimice. Ele sunt starea fizică a materiei (g - gaz, w - lichid m - k solid - cristale), iar coeficienții sunt alunițe semnificative Mole - o cantitate unitară dintr-o substanță care conține 6,02. 10 23 (numărul Avogadro) de molecule sau alte particule de materie. De exemplu:
H2 (g) + Cl2 (g) → 2HCi (g) + 184 kJ
Reacția este exotermă, astfel că efectul de căldură este indicat cu un semn plus. Cu toate acestea, = -184 kJ, deoarece sistemul își pierde căldura, dând-o mediului. Aceeași ecuație poate fi scrisă diferit:
1/2 H2 (g) + 1/2 Cl2 (g) → H C 1 (g) + 92 kJ; = -92 kJ
Legea lui Hess. Efectul termic al procesului depinde numai de starea substanțelor inițiale și a produselor finale, dar nu depinde de metoda de comportament. Să ilustrăm aplicarea legii Hessian la formarea dioxidului de carbon în oxidarea grafitului:
Dioxidul de bioxid poate fi obținut într-o singură etapă; efectul termic al acestei etape este δ H. două etape cale este oxidarea grafitului la primul CO (etapa efectul termic este δ H1), și apoi la CO2 (efect termic δ H2). In ambele procese, procesul sistemului trece din aceeași stare inițială (grafit) într-unul și același scop (dioxid de carbon), cu toate acestea, în conformitate cu legea lui Hess. δH = 5H1 + 5H2.
În cărțile de referință chimice este imposibil să se dea efectele termice ale tuturor reacțiilor. Dar din legea lui Hess se pot obține corolari importanți care fac posibilă calcularea δ H a aproape tuturor proceselor. Pentru aceasta, introducem definiții.
obrazovaniyaveschestva căldură numita reacție efect termic pentru a produce 1 mol de substanță din substanțe simple de substanță simplă - o substanță a cărei molecule constau din atomi de o singură specie: O2 - oxigen, Fe - fier, N2 - azot. Dacă substanța constă în atomi diferiți, se numește complex, de exemplu CO - monoxid de carbon (monoxid de carbon). (denotat cu kJ / mol).
Căldura de combustie a unei substanțe este efectul de ardere termică de 1 mol din această substanță (.kJ / mol).
Pentru mai multe substanțe și sunt enumerate în manuale (a se vedea, de exemplu, o carte de referință on-line detaliată sau un tabel scurt din apendicele 1). Luați în considerare schema:
Materiile prime și produsele unei anumite reacții având efectul termic dorit δH pot fi obținute din aceleași substanțe simple (efectele termice δH1 și δH2 sunt egale cu căldura totală de formare a substanțelor și produselor inițiale). Prin urmare, conform legii lui Hess:
Această egalitate exprimă prima consecință a legii lui Hess. De exemplu, pentru reacție
Pentru substanțe simple Substanțele simple sunt substanțe ale căror molecule constau din atomi de un singur tip: O2 - oxigen, Fe - fier, N2 - azot. Dacă substanța constă în atomi diferiți, se numește complex, de exemplu CO - monoxid de carbon (monoxid de carbon). . prin urmare
Luați în considerare o altă schemă:
Este evident că materiile prime și produsele unei anumite reacții produc întotdeauna aceleași produse de combustie. Prin urmare, conform legii lui Hess:
Această egalitate exprimă a doua consecință a legii lui Hess.