1. Внутренняя энергия и энтальпия системы. I закон термодинамики.

Химическая термодинамика изучает превращения энергии при химических реакциях и способность химических систем выполнять полезную работу. В любом химическом процессе соблюдается закон сохранения энергии, выражаемый равенством:

Q = ΔU + А,

которое представляет собой выражение первого начала.

При изобарном процессе (Р = const) тепловой эффект Qр

равен:

Qр = ΔU + РΔV.

С учетом того, что ΔU = U2 – U1 и ΔV = V2 –V1, уравнение

можно преобразовать:

Qр = (U2– U1) + Р (V2 –V1) = (U2 + РV2) – (U1 + РV1).

Сумму U + РV называют энтальпией и обозначают Н: Н = U + РV.

Тогда теплота, подведённая к системе, при постоянном давлении Qр, расходуется на изменение энтальпии системы:

Qр = Н2 – Н1 = ΔН.

Или тепловой эффект реакции при постоянном давлении называют энтальпией реакции. Энтальпия измеряется в кДж/моль. Энтальпию, иначе называют теплосодержанием системы. При экзотермических реакциях (протекающих с выделением тепла) теплосодержание системы уменьшается (ΔН<0), а окружающая среда получает тепло (+Q). При эндотермических реакциях (протекающих с поглощением тепла) теплосодержание системы увеличивается (ΔН>0), а окружающая среда тепло отдает (–Q).

Изменения энтальпии в ходе реакции зависят от Т, Р, агрегатного состояния вещества.

Наибольшее число значений ΔН относится (по международному соглашению) к Т = 298 К

Стандартным состоянием вещества называют такое его агрегатное состояние, которое наиболее устойчиво (т.е. обладает наименьшей энтальпией) при стандартных условиях.

Стандартная энтальпия реакции – это изменение энтальпии в ходе протекании химической реакции при стандартных условиях в расчёте на моль реакции, т.е. в соответствии с тем, как она описывается стехиометрическим химическим уравнением.

Изменение энтальпии может характеризовать с энергетической стороны не только реакцию, но и химическое соединение, полученное в этой реакции. В термохимических

расчетах используются значения энтальпии (теплоты) образования веществ.

Стандартная энтальпия реакции образования одного моля соединения (Х) из простых веществ в их стандартных состояниях при стандартных условиях называется стандартной энтальпией (теплотой) образования данного соединения

Энтальпии (теплоты) образования простых веществ в их стандартных состояниях при стандартных условиях приняты равными нулю.

Изменение энтальпии в ходе реакции равно сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрии этой реакции. Так для любой химической реакции:

аА + bB = cC + dD, следствие из закона Гесса запишется следующим образом:

ΔНº 298 = [с ΔНºf(С) + d ΔНºf(D)] – [a ΔНºf(А) + b ΔНºf(B)].

(закон Гесса: Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния реагирующих веществ, но не зависит от промежуточных стадий реакций, т.е. от способа проведения процесса)