12. Основы химической термодинамики (характеристика основных термодинамических параметров: энтальпии, энтропии, энергии Гиббса)

Термодинамика изучает закономерности теплового движения. Для количественного их описания используются функции состояния, в частности внутренняя энергия U, энтальпия Н, энтропия S и изобарно-изотермический потенциал G, который также называется энергией Гиббса. Изменение U внутренней энергии равно тепловому эффекту Q_х.р реакции, протекающей при постоянном объеме (изохорный процесс). Если U < 0, то тепло выделяется в количестве, равном U (экзотермическая реакция, Q_х.р < 0). Если U > 0, то тепло поглощается в количестве, равном U (эндотермическая реакция, Q_х.р > 0). Часто химические реакции идут не при постоянном объеме, а при постоянном давлении (изобарный процесс). Тепловой эффект Q_х.р реакции равен изменению ∆H энтальпии H, которая определяется соотношением H = U + PV (кДж/моль).

Внутренняя энергия U, энтальпия Н и энергия Гиббса G имеют одну и ту же размерность - Дж. Закон Гесса: тепловой эффект химической реакции (т. е. изменение энтальпии внутренней энергии системы в результате реакции) зависит только от начального и конечного состояний участвующих в реакции веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Следствие из закона Гесса: изменение энтальпии H_х.р химической реакции равно сумме энтальпий образования H_iпрод продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования H_jисх исходных веществ. При каждом суммировании в уравнении следует учитывать в соответствии с уравнением реакции число молей участвующих в реакции веществ. Энтропия возрастает при переходе вещества из кристаллического состояния в жидкое и из жидкого в газообразное, при растворении кристаллов, при химических взаимодействиях, приводящих к увеличению числа частиц, и прежде всего частиц в газообразном состоянии. Энтропия имеет размерность энергии, деленной на температуру. S>0 S=K*lnw, где w- число состояний.

Энергия Гиббса G: G = H – TS . Энергия Гиббса имеет ту же размерность, что и энтальпия. При G<0 реакция возможна при данных условиях, G>0 реакция невозможна, G=o равновесие.

13. Закон Гесса и следствие из него

Закон Гесса: тепловой эффект химической реакции (т. е. изменение энтальпии внутренней энергии системы в результате реакции) зависит только от начального и конечного состояний участвующих в реакции веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Следствие из закона Гесса: изменение энтальпии H°_х.р химической реакции равно сумме энтальпий образования H_iпрод продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования H_{j исх} исходных веществ. При каждом суммировании в уравнении следует учитывать в соответствии с уравнением реакции число молей участвующих в реакции веществ.

14. Скорость химических реакций. Основные факторы, влияющие на скорость реакций

Химической кинетикой называется раздел химии, изучающий скорость химических реакций, а также зависимость скорости от природы и концентрации реагирующих веществ, температуры, давления для газообразных веществ, присутствия катализатора и т. д. В химических реакциях могут участвовать газообразные, жидкие и твердые вещества.

Различают гомогенные и гетерогенные реакции.

Гомогенные реакции протекают в однородной среде (например, реакции между газами и реакции в растворах), протекают равномерно во всем объеме, заполненном реагентами.

Гетерогенные реакции протекают в неоднородной среде – между веществами, которые находятся в разных фазах (например, реакции между газом и твердым веществом).

Скорость химической реакции определяется изменением количества вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени в единице объема системы (для гомогенной реакции) или на единице площади поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции). В общем виде скорость химической реакции выражается уравнением V=C/t, где С – изменение концентрации вещества, моль/л; t– интервал времени, с; знак – берется, если С – концентрация исходного вещества (в ходе реакции уменьшается), знак + берется, если С – концентрация конечного вещества (в ходе реакции увеличивается). Истинная скорость реакции в данный момент времени выражается производной от концентрации по времени. Основными факторами, влияющими на скорость реакции, являются концентрации реагирующих веществ, давление, температура, природа реагирующих веществ и наличие катализатора.