Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может лишь превратиться из одного вида в другой

Этот закон имеет большое значение для химических процессов и составляет одну из основ термохиии.

При рассмотрении химических процессов возникает главный вопрос – вопрос о происхождении теплового эффекта реакции.

Каждой системе (телу, веществу, совокупности тел, веществ) присущ определённый запас внутренней энергии (U). Внутренняя энергия складывается из многих составляющих: энергии поступательного и вращательного движения молекул, энергии внутримолекулярного колебательного ждвижения атомов, составляющих молекулы, а также энергии движения электронов в атомах и энергии, заключённой в ядрах атомов и т.д.

Укажем, что помимо внутренней энергии полная энергия системы включает кинетическую энергию и потенциальную энергию. Кинетическая энергия связана с движением тела, она зависит от массы тела (m) и скорости (V) и равна Е_кин. = 1/2mv². Потенциальная энергия – это энергия положения системы по отношению к центру Земли.

Внутренняя энергия U является функцией состояния системы, так как она

Зависит только от состояния системы и не зависит от того, каким путём это состояние достигнуто.

Внутренняя энергия является экстенсивной функцией, т.е. такой функцией системы, значение которой пропорционально количеству вещества в системе.

Химический процесс – это превращение одних веществ в другие. Он всегда сопровождается изменением природы веществ. При этом меняется запас внутренней энергии системы. При химической реакции должен проходить обмен энергии системы с внешней средой. Система может обмениваться энергией с внешней средой не только в виде теплоты, излучения, но и путём совершения работы против сил, действующих на систему. Иногда эта работа производится системой над внешней средой, иногда – внешней средой над системой.

Первое начало термодинамики даёт соотношение между количеством теплоты (Q), полученной в данном процессе, количеством произведённой работы (А) и изменением внутренней энергии (∆V):

∆V = Q – A ( 3 )

Если система получает теплоту Q и переходит из состояния 1 в состояние 2, то теплота идёт на изменение внутренней энергии системы:

∆U = U₂ – U₁ ( 4 )

и на совершение работы (А) против внешних сил:

Q = ∆U + A ( 5 )

Если процесс изобарный (Р = const), то работа будет равна произведению давления на изменение объёма. Тогда количество теплоты, полученной системой равно

Q_р = ∆U + p∆V ( 6 )

Если процесс совершается при постоянном объёме (V = const), т.е. является изохорным, то ∆V = 0. Энергия, сообщённая системе, будет равна изменению внутренней энергии системы:

Q_V = ∆U ( 7 )

В этом случае теплота, получаемая системой, идёт только на изменение внутренней энергии.

В общем виде для химического процесса можно записать следующее:

Q_p = ∆U + p∆V = ∆(U + pV) ( 8 )

Величину (U + pV) обозначают через Н и называют энтальпией (теплосодержанием). Учитывая это, можно записать следующее:

U = H – pV ( 9 ).

Эту запись следует понимать так: