15.Внутришня энергия и энтальпия. Термохимические уравнения. Закон Гесса те его использования в термохимических расчетах. Теплота образования. Расчет тепловых эффектов с теплотой образования.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия составляется из кинетической энергии всех частиц (молекул, атомов), потенциальной энергии взаимодействия молекул и энергии колебательного движения атомов (т. н. нулевой энергии). Внутренняя энергия есть функция состояния, зависящая от температуры и давления, а для идеального газа — только от температуры (в этом случае потенциальной энергией взаимодействия пренебрегают).

Энтальпия (теплосодержание насыщенного газа) — количество теп­лоты, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества от абсолютного нуля до пара заданной температуры. В общем случае энтальпия является функцией температуры и давления.

Термохимические уравнения реакций - это уравнения, в которых около символов химических соединений указываются агрегатные состояния этих соединений или кристаллографическая модификация и в правой части уравнения указываются численные значения тепловых эффектов

Закон Гесса: Иными словами, количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при каком-либо процессе, всегда одно и то же, независимо от того, протекает ли данное химическое превращение в одну или в несколько стадий (при условии, что температура, давление и агрегатные состояния веществ одинаковы).

Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции . Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования (ΔHf) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν). Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания (ΔHc) исходных веществ и продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν).Если начальное и конечное состояния химической реакции (реакций) совпадают, то её (их) тепловой эффект равен нулю.

Тепловой эффект реакции образования вещества из каких-либо исходных веществ. Определение Т. о. может быть выполнено различными способами: прямыми (калориметрическими) измерениями; по температурной зависимости константы равновесия реакции образования с помощью изобары или изохоры уравнения; вычислением из теплового эффекта реакции, в которой участвует данное вещество, при условии, что известны Т. о. остальных реагентов и продуктов реакции (с помощью Гесса закона); по гиббсовой энергии и энтропии всех реагентов; из изменения ЭДС гальванического элемента при различных температурах с помощью уравнения Гиббса — Гельмгольца; расчётом на основе многочисленных закономерностей для Т. о. различных веществ.

16.Поняття о энтропию. Энтропия как мера неупорядоченности системы. Стандартные энтропии. Влияние энтропийного факторов на направленность процессов. Изобарный потенциал (свободная энергия Гиббса) как критерий самопроизвольного протекания процессов.

Л. Больцман определил энтропию как термодинамическую вероятность состояния (беспорядок) системы W. Энтропия связана с термодинамической вероятностью соотношением: S = R · ln W

Энтропия (S) – термодинамическая функция состояния, которая служит мерой беспорядка (неупорядоченности) системы. Возможность протекания эндотермических процессов обусловлена изменением энтропии, ибо в изолированных системах энтропия самопроизвольно протекающего процесса увеличивается ΔS > 0 (второй закон термодинамики).

Стандартные энтропии простых веществ не равны нулю. Энтропия вещества или системы тел при определенной температуре является абсолютной величиной.

Следовательно, стремление системы к беспорядку проявляется тем больше, чем выше температура. Произведение изменения энтропии системы на температуру T ΔS количественно оценивает эту тендецию и называется энтропийным фактором.

Свободная энергия Гиббса — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; это термодинамический потенциал следующего вида: G=U+PV-TS

17.Гомо-и гетерогенные системы. Скорость реакции в гомогенной системе. Влияние температуры на скорость реакции, правило Вант-Гоффа. Активные молекулы. Энергия активации. Понятие о катализе. Цепные реакции. Особенности кинетики гетерогенных процессов.

Гомогенная система — система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела). В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем. Примеры гомогенных систем: лед, жидкие или твердые растворы, смесь газов и др.

Гетерогенная система — неоднородная система, состоящия из однородных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ (компонентов), термодинамических фаз и степеней свободы связаны правилом фаз. Примерами гетерогенных систем могут служить: жидкость — насыщенный пар; насыщенный раствор с осадком; многие сплавы. Твердый катализатор в токе газа или жидкости тоже гетерогенная система (гетерогенный катализ).

Активные молекулы образуются из нормальных путем перераспределения энергии между молекулами. При одной и той же температуре кинетическая энергия отдельных молекул, содержащихся в определенном объеме газа или раствора, не одинакова, а распределяется по закону, вытекающему из теории вероятности. Число молекул, обладающих определенным запасом кинетической энергии, будет тем меньше, чем больше величина их кинетической энергии отличается от средней.

Скорость гомогенной реакции определяется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объёма системы.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Энергия активации — минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция.

Ката́лиз — избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов), который многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий.

Цепная реакция — химическая и ядерная реакция, в которой появление активной частицы (свободного радикала или атома в химическом, нейтрона в ядерном процессе) вызывает большое число (цепь) последовательных превращений неактивных молекул или ядер.

Особенности гетерогенных реакций обусловлены участием в них конденсированных фаз. Это затрудняет перемешивание и транспорт реагентов и продуктов; возможна активация молекул реагентов на поверхности раздела фаз. Кинетика любой гетерогенные реакции определяется как скоростью самого химического превращения, так и процессами переноса (диффузией), необходимыми для восполнения расхода реагирующих веществ и удаления из реакционной зоны продуктов реакции.

18.Оборотни реакции. Кинетическая условие химического равновесия. Константа равновесия. Смещение равновесий. Принцип ле Шателье. Влияние концентраций, давления и температуры на состояние равновесия. Термодинамические факторы, определяющие равновесие. Термодинамическая условие равновесия.

Обратимые реакции — химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном)

Кинетическое условие химического равновесия - Скорость прямой реакции равна скорости обратной.

Конста́нта равнове́сия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями (либо, в зависимости от условий протекания реакции, парциальными давлениями, концентрациями или фугитивностями) исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс).

Равновесие в растворах электролитов, как и всякое химическое равновесие, сохраняется неизменным, пока определяющие его условия не меняются; изменение условии влечет за собой нарушение равновесия. Так, равновесие нарушается при изменении концентрации одного из участвующих в этом равновесии ионов: при ее увеличении происходит процесс, в ходе которого эти ионы связываются.

Принцип Ле Шателье — Брауна (1884 г.) — если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

1. Влияние температуры. При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры - в направлении экзотермической реакции. 2. Влияние давления. При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом; при понижении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с большим объемом 3. Влияние концентрации. При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

условие термодинамического равновесия заключается в том, что при всех возможных изменениях параметров состояния энтропия 5 системы остается неизменной или уменьшается. Иными словами, энтропия изо-лир. системы при термодинамическом равновесии имеет условный максимум.

19.Понятие о фазе и компонент. Равновесия «вода - пар», «лед - вода», «лед - пара». Диаграмма состояния воды. Тройная точка. Условия кипения и замерзания жидкостей. Изменение энтропии, энтальпии и энергии Гиббса при фазовых превращениях.

Термодинамическая фаза — термодинамически равновесное состояние вещества, качественно отличающееся по своим физическим свойствам от других равновесных состояний того же вещества.

Принято считать компонентами те вещества, наименьшее число которых необходимо и достаточно для образования всех возможных фаз данной системы, находящейся в равновесном состоянии.

Фа́зовая диагра́мма воды — графическое отображение равновесного состояния фаз воды (жидкости, водяного пара и различных модификаций льда). Строится в системе координат температура—давление.

Тройна́я то́чка — точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов.

Связь между давлением, температурой, объемом и количеством молей газа ("массой" газа). Универсальная (молярная) газовая постоянная R. Уравнение Клайперона-Менделеева = уравнение состояния идеального газа. PV=m/M RT

Свободная энергия (или изохорноизотермный потенциал), являющаяся характеристической функцией системы, определяется следующим соотношением: F=U-TS где: U — внутренняя энергия; S — энтропия; Т — абсолютная температура. Обобщенное уравнение первого и второго законов термодинамики для обратимых процессов имеет следующий вид: TdS=dU+dA Если А — это работа расширения (pdV), то для изохорных процессов при V = const dA = 0 и TdS = dU.