Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
курс лекций (вариант 1).docx
Скачиваний:
54
Добавлен:
21.03.2015
Размер:
593.14 Кб
Скачать

Лекция 7

Тема: ЭНЕРГЕТИКА ХМИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕРМОХИМИИ И ТЕРМОДИНАМИКИ

ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Цель: Ознакомить студентов с законами термодинамики и их применениями в биологических системах.

1.Тепловой эффект и изменение энтальпии реакции. Закон Гесса.

2.Изменение энтропии в химическом процессе. Энергия Гиббса

1.Тепловой эффект и изменение энтальпии реакции.

Закон Гесса

При протекании любой реакции происходят энергетические изменения или изменения теплового эффекта. В одном случае теплота выделяется, в другом – поглощается. Обычно тепловой эффект химической реакции рассчитывается на 1 моль образовавшегося вещества. Реакция, протекающая с выделением тепла, называется экзотермической, с поглощением – эндотермической. Количество выделившегося или поглотившегося тепла зависит только от относительного запаса энергии продуктов реакции и исходных веществ. Это значит, что подводимое тепло к системе расходуется на изменение внутренней энергии и на работу против сил, действующих на систему. Тепловой эффект любой реакции при постоянном давлении Qp расходуется на изменение внутренней энергии системы:

Qp = (U1 – U2) + A,

где U2– внутренняя энергия продуктов реакции;

U1 – внутренняя энергия исходных веществ;

А – работа, совершаемая против сил, действующих на систему.

Qp = ∆U + A – закон сохранения энергии (І закон термодинамики)

При постоянном давлении Р (изобарический процесс) работа выражается произведением давления Р на разницу объема взаимодействующих веществ :

А = Р∆V = Р(V2 – V1)

Qp = (U1 – U2) + Р(V2 – V1)

Qp = (U2 + Р V2 ) - (U1 + РV1)

Сумма U + Р V = Н - называется энтальпией (теплосодержанием системы).

Тепловой эффект химической реакции представляет собой изменение энтальпии системы:

Qp = (U2 + Р V2 ) - (U1 + РV1) = ∆Н

Т.о. тепловой эффект реакции это величина обратная энтальпии.

Qp = Н2 - Н1 = ∆Н

Энтальпия характеризует внутреннюю энергию расширенной системы.

Если энтальпия продуктов реакции меньше энтальпии исходных веществ, то ∆Н<0 – экзотермическая реакция (Нпродисх.в.).

Если энтальпия продуктов реакции больше энтальпии исходных веществ, то ∆Н>0 – экзотермическая реакция (Нпродисх.в).

Самопроизвольно реакции идут в направлении уменьшения энтальпии. Изменение энтальпии для 1 моль вещества называется энтальпией образования ∆Нf.

Изменение энтальпии при 0,1 МПа (1 атм) и 25°С (298 К) называется стандартной энтальпией образования ∆Нf298 (∆Нf0), это табличное значение.

При расчетах изменения энтальпии необходимо обращать внимание на агрегатное состояние веществ.

Н2(Г) + 1/2О2(Г) ↔ Н2О(Г) ∆Н = -57800 ккал;

Н2(Г) + 1/2О2(Г) ↔ Н2О(Ж) ∆Н = -68320 ккал.

Если в реакции протекают только энергетические изменения, то направление реакции подчиняется закону Гесса: изменение энтальпии зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути перехода из одного состояния в другое. Закон Гесса является проявлением І закона термодинамики:

∆Н = ∑∆Нпрод - ∑∆Нисх.в.

Пример: рассчитать изменение энтальпии в реакции:

ВаО(Т) + СО2(Г) → ВаСО3(Т)

∆Нf0(ВаО(Т)) = -193000 ккал

∆Нf0(СО2(Г)) = -94000 ккал

∆Нf0(ВаСО3(Т)) = -290000 ккал

∆Н0 = НВаСО3 - (НВаО + НСО2) = -290000 – (-193000 – 94000) =

= -3000 ккал

Т.о. с точки зрения энтальпийного фактора рассматриваемая реакция может протекать самопроизвольно слева направо.

Зкон Гесса позволяет рассчитать изменение энтальпии таких процессов, которые нельзя определить экспериментально. Так до настоящего времени не определено изменение энтальпии превращения алмаза в графит.