Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
5. Энергетика.DOC
Скачиваний:
1
Добавлен:
25.11.2019
Размер:
86.53 Кб
Скачать

9

Химическая термодинамика

Химическая термодинамика – наука, которая изучает закономерности протекания химических и физико-химических процессов. Разделами данной науки являются энергетика и направленность химических процессов

В ее основе лежат два основных закона:

-закон сохранения энергии (первое начало термодинамики), в соответствии с которым энергия неуничтожима и способна переходить из одного вида в другой в строго эквивалентных соотношениях;

- второе началом термодинамики: теплота не может сама собой переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

Первый закон лежит в основе энергетики химических реакций, физико-химических превращений (плавление, испарение, фазовые переходы), расчетов тепловых эффектов соответствующих процессов; второй закон позволяет ответить на вопрос о направленности химических реакций, полноте их протекания.

2 Энергетика химических процессов

2.1 Понятие о внутренней энергии. Энергетические эффекты химических реакций

Математически первое начало термодинамики может быть записано в виде

dU = Q - A, (1)

cогласно которому изменение внутренней энергии системы (dU) равно количеству теплоты (Q), перешедшей от системы к внешней среде (или наоборот), за вычетом всех видов работ (А), совершенных системой над внешней средой (или наоборот).

Внутренняя энергия системы (вещества или совокупности веществ) включает энергию взаимодействия ядер с ядрами, электронов с электронами, электронов с ядрами, энергию, связанную с движением ядер, кинетическую энергию электронов, ядерную энергию, энергию межмолекулярного взаимодействия и другие виды энергий, за исключением кинетической и потенциальной энергии системы как целого.

Внутренняя энергия зависит от природы вещества, его массы и от условий, при которых оно находится.

Величина U считается положительной (U0), если в каком-либо процессе внутренняя энергия системы возрастает. Если внутренняя энергия системы уменьшается, величина U считается отрицательной (U0).

Любая химическая реакция сопровождается энергетическим эффектом, т.е. выделением или поглощением энергии в той или иной формах. Чаще всего при химических реакциях выделяется или поглощается теплота.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при химической реакции, называется тепловым эффектом химической реакции (Q). Раздел химии, изучающий тепловые эффекты реакций, называется термохимией. Тепловые эффекты реакций выражают в килоджоулях (кДж).

Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими (+Q), а реакции, при которых теплота поглощается - эндотермическими (-Q).

Изучение энергетических эффектов химических реакций дает возможность правильно производить расчеты, связанные с работой двигателей, тепловых электростанций, различных отопительных систем.

2.2 Химические реакции при постоянном давлении и постоянном объеме

Химические реакции обычно протекают при постоянном давлении (Р=соnst) или при постоянном объеме (V=const). Химические реакции, протекающие при постоянном давлении, называются изобарными, а при постоянном объеме - изохорными.

Очевидно, что тепловой эффект реакции будет зависеть от того, при каких условиях будут находиться исходные и конечные продукты реакции.

Если химическая реакция протекает при Р = const, то тепловой эффект реакции Qp связан с изменением внутренней энергии и работой, которую совершает данная система:

Qp = U + pV. (2)

Если реакция происходит в автоклаве, т.е. V = cоnst, то система не имеет возможности расширяться и совершать работу. Отсюда ясно, что в уравнении (2) член рV равен нулю и тепловой эффект при постоянном объеме (Qv) равен

Qv = U. (3)

Таким образом, тепловой эффект при V = const связан только с изменением внутренней энергии системы.

Большинство химических процессов, происходящих в лабораториях и промышленных условиях, происходят при р=const, чаще всего атмосферном давлении, поэтому в дальнейшем больше внимания будет уделяться тепловым эффектам при постоянном давлении.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]