9.Термодинамика, ее основные понятия: внутренняя энергия, температура, теплота, работа. Закон сохранения энергии. Первое начало термодинамики.

 Внутренняя энергия тела - это сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц, составляющих тело, и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутренняя энергия тела не зависит от его движения и его положения относительно других тел.

Теплота Q есть форма передачи энергии от одного тела другому посредством соударения микрочастиц, составляющих тела является микрофизической характеристикой процесса передачи энергии. Если контакта между телами нет и нет никакого посредника для передачи кинетической энергии, следовательно нет соударений между микрочастицами тел и Q = 0.

Работа А – это форма обмена энергией системы с окружающей средой посредством направленного движения макросистемы как целого.

Например, газ в цилиндре под поршнем расширяется и совершает работу, поднимает груз на некоторую высоту. (рис. 35). Работа совершается за счет энергии нагревателя, передаваемой в форме теплоты. Газ совершает направленное движение, перемещая поршень с грузом, поэтому работа является макрофизической формой обмена энергией системы и окружающей среды.

Первое начало термодинамики. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы над внешними телами:

Q = ΔU + A.

 

В изохорном процессе газ работы не совершает, и ΔU = Q. В изобарном процессе A = pΔV = p (V2 – V1). В изотермическом процессе ΔU = 0, и A = Q; вся теплота, переданная телу, идет на работу над внешними телами. Графически работа равна площади под кривой процесса на плоскости p, V

10.Энергетические эффекты реакций. Термохимические расчеты. Закон Гесса.

            Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии.

            Химическая реакция как система получает энергию извне на разрыв химических связей исходных реагентов и выделяет энергию в окружающую среду при образовании новых химических связей в молекулах – продуктах реакции (табл. 3).

Представим энергетические изменения на примере горения водорода в кислороде

 

При образовании новых химических связей энергия выделяется. Это кинетическая энергия движения молекул – продуктов реакции. Часть внутренней энергии, которая была скрыта в химических связях молекул водорода и кислорода, превратилась в энергию поступательного и других видов движения молекул воды:

Термохимические расчеты

            Различают экзо- и эндотермические реакции. Химические реакции, сопровождающиеся выделением или поглощением энергии в форме теплоты, называются соответственно экзотермическими и эндотермическими реакциями. Энтальпия реакции  равна количеству энергии в форме теплоты, выделяющейся или поглощающейся в результате химического процесса при постоянных р = 1 атм и температуре Т.

            Энтальпия образования  сложного вещества есть энтальпия реакции синтеза его из простых веществ, взятых в наиболее устойчивых физических состояниях при заданном внешнем давлении р = 1 атм и температуре Т.

            Под простыми веществами подразумеваются все химические элементы периодической системы в кристаллической форме, характерной для металлов (за исключением ртути), и молекулярной форме для неметаллов (за исключением благородных газов) в том агрегатном состоянии, которое для них характерно при внешнем давлении 1 атм.

            Энтальпия образования всех простых веществ принята за начало отсчета и равна нулю.

            Задачей термохимии является расчет энтальпий химических реакций  по табличным значениям , опираясь на закон Гесса.

            Основной закон термохимии (закон Гесса, 1836 г.) в современной интерпретации утверждает, что энтальпия реакций, протекающих либо при V,T = const, либо p,T = const не зависти от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состояниями системы. Закон Гесса: тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении и (или) объеме, зависит от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции

Следствие из закона Гесса: энтальпия химических реакций равна сумме энтальпий образования продуктов реакций за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Поскольку DH есть функция состояния системы, в которой происходят реакции, то в соответствии с законом Гесса независимо от того, идет реакция по первому или второму пути:

DH1 = DH2 + DH3 или

Именно столько энергии выделяется (экзотермический процесс) при образовании 1 моль СО из С(гр) и 1/2О2(г). Эта величина вычислена теоретически.