1.1.3.1 Розрахунки теплових ефектів

Принцип Лавуазьє – Лапласа і закон Гесса широко застосовується при різних термохімічних розрахунках. Він дає можливість обчислювати такі процеси, в яких деякі експериментальні дані відсутні, чи такі, для яких вони не можуть бути виміряні. Це відноситься і до процесів розчинення, випаровування, адсорбції і ін.

Н априклад, нехай процес перетворення речовини А в речовину В може здійснюватись різними шляхами, що супроводжуються різними тепловими ефектами. Закон Гесса стверджує, що ці теплові ефекти повинні бути зв’язані співвідношенням:

_=₂+₃=₄+₅+₆. Це дає можливість розрахувати теплові ефекти, які не можна визначити експериментально.

Приклад 1. Широке застосування в практиці знаходять такі процеси:

С(графіт)+О₂(г) = СО₂(г), _= –393,6 кДж

С(графіт)+½О₂(г) = СО(г), ₂= ?

СО(г)+½О₂(г) = СО₂(г), ₃= –283,1 кДж.

В нашому випадку порівняно легко одержати експериментально теплові ефекти першого і третього процесу і практично неможливо для другого. Тому цінним є факт розрахунку цього теплового ефекту. Закон Гесса зв’язує теплові ефекти цих трьох процесів рівнянням:

_=₂+₃,

звідки ₂=_-₃= –393,6 кДж – (–283,1) кДж = –110,5кДж

Отже, кількість теплоти, що виділяється при згорянні одного моля СО при постійному тиску, складає 110,5кДж.

1.1.4 Висновки з закону Гесса

Перший висновок. Тепловий ефект розкладу будь-якої сполуки рівний тепловому ефекту її утворення. Наприклад, при розкладі одного моля HCl потрібно затратити:

HCl(г) = ½H₂(г) + ½Cl₂(г),  = 92кДж

Така ж кількість теплоти повинна виділитись при утворенні 1 моля HCl:

½H₂(г) + ½Cl₂(г) = HCl,  = –92кДж .

Тепловий ефект реакції утворення 1 моля будь-якої сполуки з простих речовин називають теплотою утворення або ентальпією утворення сполуки. Теплоти утворення простих речовин вважають такими, що дорівнюють нулю. Якщо речовина існує в кількох алотропних видозмінах, то за нуль приймають теплоту утворення модифікації, стійкої за стандартних умов (графіт, ромбічна сірка тощо).

Теплоти утворення сполук, виміряні за стандартних умов, називають стандартними і позначають ₂₉₈утв, або ₂₉₈. Вони наводяться в довідниках.

Другий висновок. Якщо відомі теплоти утворення всіх речовин, що приймають участь у реакції, то можна легко розрахувати тепловий ефект цієї реакції. Отже, тепловий ефект реакції дорівнює різниці між алгебраїчними сумами теплот утворення продуктів реакції і вихідних речовин.

Наприклад, для реакції:

aA+bB = cC+dD

тепловий ефект х.р. рівний:

х.р.=ν΄утв.) прод. реакції – ( ν΄΄утв) вих. речовин,

де ν΄ і ν΄΄ – сума стехіометричних коефіцієнтів при формулах продуктів реакції і вихідних речовин відповідно.

х.р = (dD+cС)–(аА+bВ).

Третій висновок. Для більшості органічних сполук знаходять досить легко теплоти згоряння. Під теплотою згоряння називають тепловий ефект реакції згоряння сполуки до СО₂, Н₂О, N₂ і інших відповідних продуктів.

Із закону Гесcа витікає:

Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумами теплот згоряння вихідних речовин і сумою теплот згоряння продуктів реакції.

х.р.= ν΄згор.) вих. речовин – ( ν΄΄згор.) прод. реакції.

Крім теплових ефектів реакцій, за допомогою розрахунків теплових ефектів аналогічно можна визначити енергію хімічного зв’язку, енергію кристалічних грат, теплоту згоряння, гідратації тощо.