Лекція №3

Тема: Поняття хімічної термодинаміки. Теплові ефекти хімічних реакцій. Енергія хімічних процесів. Внутрішня енергія і ентальпія

Студенти повинні знати:

- визначення понять «термохімія», «хімічна термодинаміка», «внутрішня енергія», «екзотермічна реакція», «ендотермічна реакція», «тепловий ефект хімічної реакції»; «ентальпія утворення хімічних сполук»;

- Закон збереження маси речовин

- знати закономірності перебігу хімічних реакцій.

15

Студенти повинні вміти:

- застосовувати основні поняття теми;

- Розв'язувати задачі, використовуючи закони збереження маси речовин ; застосовувати закон Гесса для термохімічних розрахунків

Методичне забезпечення : Таблиця «Стандартні теплоти утворення (ΔН) деяких речовин»

План лекції:

1. Елементи хімічної термодинаміки. Основні поняття теми:

а) хімічна термодинаміка; б) гомогенна система, гетерогенна система; фаза; в) умови, за яких можуть відбуватись хімічні процеси (ізотермічні, ізобаричні, ізохоричні, адіабатичні).

2. Внутрішня енергія і ентальпія системи. Робота. Теплота. Перший закон термодинаміки.

3. Тепловий ефект хімічної реакції

4. Термохімічні рівняння

5. Підсумок.

6. Домашнє завдання: М.Л. Глінка, « Загальна хімія», стор. 167-170. Конспект лекцій.

Світ, що нас оточує, весь час змінюється. Ці зміни називають явищами. Явища бувають фізичні, хімічні, природні, соціальні і т.д. Якщо в результаті явища відбувається перетворення однієї речовини в іншу, то такі явища називаються хімічними або хімічними реакціями . Ми познайомимось з розділом загальної хімії, який називається «Хімічна термодинаміка», а перший розділ цього курсу – «Основні закономірності перебігу хімічних реакцій». Ми дамо відповідь на питання, чому відбуваються хімічні реакції, чому деякі з них супроводжуються виділенням, а інші – поглинанням тепла. Що таке швидкість хімічних реакцій і від чого вона залежить та багато інших питань.

Дайте відповіді на питання:

1. Який склад речовин?

2. Які процеси відбуваються з речовинами під час хімічних реакцій?

3. Чи змінюється маса речовин до та після реакції?

4. Чи змінюється енергія системи?

1. Елементи хімічної термодинаміки. Основні поняття теми.

Хімічні перетворення - це якісний скачок, в результаті якого одні речовини зникають, а виникають інші. При цьому також відбувається перебудова електронних структур атомів, йонів, молекул. Це перетворення супроводжується виділенням , або поглинанням тепла, світла, електрики і т. д .- тобто хімічна енергія перетворюється в інший вид енергії.

16

М.В. Ломоносов вивчав закономірності хімічних реакцій при Академії наук у Петербурзі. Він виміряв вагу речовин до хімічних реакцій і після. В результаті цього експерименту він встановив Закон збереження маси :

Маса речовин , які вступають в хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, які утворюються в результаті хімічних реакцій.

Ломоносов вперше сформулював цей закон в 1748 р., а експериментально підтвердив його на прикладі нагрівання металів у запаяних сосудах у 1789р. Закон збереження маси був незалежно від Ломоносова встановлений французьким хіміком Лавуазьє, який показав, що при хімічних реакціях зберігається не тільки загальна маса речовин, але і маса кожного елемента, що входить до складу взаємодіючих речовин.

В 1905 р. А. Ейнштейн показав, що між масою тіла (m) і його енергією (Е) існує зв'язок, який виражається співвідношенням

Е= mс²

Де с- швидкість тіла у вакуумі (приблизно 300 000 км/с)

Це рівняння Ейнштейна справедливо як для макроскопічних так і мікроскопічних тіл. При хімічних реакціях завжди виділяється або поглинається енергія. Тому при хімічних реакціях потрібно враховувати приріст або зменшення маси речовини, що відповідає поглинанню або виділенню енергії при хімічних реакціях. Але тому, що енергіям, що виділяються або поглинаються під час хімічних реакцій, відповідають дуже маленькі маси , які лежать за межами можливості вимірювань, можна не брати до уваги ту масу, яка додається або віднімається з енергією.

Енергетичні ефекти реакцій вивчає розділ хімії - термохімія.

Стан системи (речовини або сукупності речовин) описують за допомогою багатьох параметрів-температури, тиску, об’єму, маси. Для характеристики стану системи, а також змін, які в ній відбуваються, важливо знати також зміни таких властивостей системи як її внутрішня енергія U, ентальпія Н, ентропія S, енергія Гіббса G. За зміною цих властивостей системи можна робити висновок про енергетику процесів.

Хімічна термодинаміка - це наука, яка вивчає перехід енергії з однієї форми в іншу при хімічних реакціях, а також встановлює напрямок і можливості мимовільного протікання реакції. Прикладом простої термодинамічної системи може бути газ, закритий у циліндрі. Прикладом більш складної системи може бути система, що складається з розчину якоїсь речовини, що знаходиться у рівновазі з паром та кристалами цієї речовини. Об’єктом вивчення в термодинаміці є система - (речовина, або сукупність речовин). Фізичні величини (температура, об’єм, тиск), які характеризують стан системи, називаються термодинамічними параметрами. Зміна будь-якого з цих параметрів, що описує стан системи, називається термодинамічним процесом. Термодинамічний процес може відбуватись при ізохорних (при постійному об’ємі) чи ізобарних (при постійному тиску) умовах.

За фазовим складом системи класифікують на гомогенні (однорідні) і гетерогенні (неоднорідні). Гомогенна система складається з однієї фази.

17

Прикладом гомогенних систем можуть бути: суміш газів, рідкий розчин, індивідуальний кристал. Прикладом гетерогенних можуть бути системи: газ-рідина, газ-кристал, рідина-кристал, тощо.

Фаза - це частина системи , однорідна у всіх її частинах за складом, властивостями і відділена від інших частин системи поверхнею розділу. Прикладом гомогенної системи може водний розчин купрум сульфату (CuSO₄ ) або калій нітрату (KNO₃). Але, якщо розчин насичений і на дні його будуть кристали CuSO₄ або KNO₃, то система гетерогенна.

Умови, за яких можуть відбуватись хімічні процеси (ізотермічні, ізобаричні, ізохоричні, адіабатична