Лекція №2 Термохімія

План лекції

1. Теплові ефекти термохімічних реакцій. Закон Гесса.

2. Теплоємність речовин. Закон Кірхгофа.

3. Калориметрія. Визначення калорійності харчових продуктів.

Рекомендована література: [1] С.187-201, [2] С.10-14, [3] С.11-18, [4] С.114-117.

2.1 Термохімія

Термохімія – розділ хімічної термодинаміки, в якому вивчають теплові ефекти хімічних реакцій. Тепловим ефектом хімічної реакції називають кількість теплоти, що виділяється або поглинається під час перебігу хімічної реакції за умов сталого тиску або об’єму. Тепловий ефект реакції, що перебігає в системі за сталого об'єму і температури, дорівнює зміні внутрішньої енергії цієї системи:

Q_V = U₂ – U₁ = U. (2.1)

У природі і техніці більшість хімічних реакцій перебігають за сталого тиску, який дорівнює зовнішньому атмосферному тиску. Тепловий ефект реакції, у цьому випадку дорівнює зміні ентальпії системи під час перебігу цієї реакції:

Q_Р = Н₂ –Н₁ = Н. (2.2)

Визначивши тепловий ефект реакції, що відбувається за сталого тиску – Н, можна розрахувати його значення за ізохорних умов – U:

U = H – nRT, (2.3)

де n – різниця між числом молів газоподібних продуктів реакції і реагентів.

Хімічні реакції, що перебігають з виділенням теплоти називаються екзотермічними, а реакції, що супроводжуються поглинанням теплоти з навколишнього середовища – ендотермічними. Ендотермічні реакції мають додатний знак теплового ефекту (H0 або U0), а екзотермічні – від’ємний знак (H  0 або U  0 ). Під час написання термохімічних рівнянь реакцій обов'язково вказується тепловий ефект реакції та агрегатний стан усіх реагентів.

Основний закон термохімії був встановлений Г.І.Гессом: "Тепловий ефект хімічної реакції не залежить від шляху перебігу реакції, а визначається лише станом регентів і продуктів реакції". Існує два висновки з закону Гесса.

1). Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумами теплот утворення продуктів реакції і теплот утворення реагентів з урахуванням відповідних стехіометричних коефіцієнтів.

(2.4)

Теплота утворення – це тепловий ефект реакції утворення 1 моля сполуки з простих речовин за стандартних умов. Стандартним умовам відповідає температура – 298 К і загальний тиск – 1 атм. Теплоти утворення сполук наводяться у довідниках фізико-хімічних величин.

2). Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумами теплот згоряння реагентів і теплот згоряння продуктів реакції з урахуванням відповідних стехіометричних коефіцієнтів.

(2.5)

Теплота згоряння – це тепловий ефект реакції взаємодії 1 моля сполуки з киснем за умов, що при згорянні речовин, які містять Карбон, Гідроген, Сульфур і Нітроген, утворюються відповідно СО₂, Н₂О, SO₂, N₂.