Khimia / Химия / ХИМИЯ НОВЫЕ ЛАБЫ / лаба 6 / 6пр. +теор

Основные понятия:

В основе химической термодинамики лежат два закона, называемых первым и вторым законами термодинамики.

Первый закон термодинамики связан с законом сохранения энергии и устанавливает эквивалентность различных ее форм. Он имеет следующую формулировку: Энергия, сообщенная системе, расходуется на увеличение (изменение) внутренней энергии и на работу, совершенную системой против внешних сил.

Математически первый закон термодинамики можно записать так:

Q=ΔU + A

Здесь Q - энергия (теплота), сообщенная системе; ΔU - изменение внутренней энергии системы; А - работа против внешних сил.

Значение внутренней энергии системы от параметров состояния системы (прежде всего от температуры и давления), а ΔU – от значения этих параметров в начальном и конечном состояниях системы. Следовательно, внутренняя энергия является термодинамической функцией состояния системы.

Энтальпия Н, как и внутренняя энергия U, является термодинамической функцией состояния, отвечающая тепловому (энергетическому) эффекту реакции в этой системе при постоянном давлении. Если реакция протекает с выделением теплоты (экзотермический эффект), то изменение энтальпии системы отрицательно ( - ΔН); в противном случае (эндотермический эффект) оно положительно (+ΔН).

Рассмотрим, в чем заключается физический смысл энтальпии. В выражении

Н = U + pV

U – Внутренняя энергия, а произведение pV – внешняя энергия. Следовательно, энтальпия – сумма внутренней и внешней энергии. Физический смысл энтальпии тот же, что и внутренней энергии, т.е. смысл энергии: внутренняя энергия – при постоянном объеме, энтальпия – при постоянном давлении. При Рconst Q=ΔH; при Vconst Q=ΔU.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса и его следствия.

В 1836г. русский химик Г.И.Гесс экспериментально установил следующий закон: Тепловой эффект реакции (энтальпия реакции) при Vconst или Рconst не зависит от пути процесса (от числа промежуточных стадий), а определяются только начальным и конечным состоянием системы.

Из закона Гесса вытекает ряд следствий.

Первое следствие: Энтальпия процесса разложения равна энтальпии образования, но имеет противоположный знак.

Второе следствие: Тепловой процесс реакции (энтальпия химического процесса) равен разности между суммой энтальпий образования конечных продуктов и суммой энтальпий образования исходных веществ.

Любая термодинамическая система обладает не только определенным запасом внутренней энергии, но и характеризуется определенной степенью упорядочения.

Существует специальная термодинамическая функция, которая характеризует меру хаотичности, беспорядка, или меру неупорядочения системы. Эту функцию называют энтропией. Энтропия как мера неупорядочения системы является функцией состояния.

Изменение энтропии при самопроизвольном протекании химической реакции в изолированной системе всегда положительно (ΔS >0); в противном случае (ΔS <0) такое протекание реакции невозможно. Аналогично первому и второму следствиям из закона Гесса для энтальпии, энтропия двухстадийной реакции аддитивна, а энтропия обратной реакции численно равна и противоположна по знаку энтропии прямой реакции. Стандартную энтропию химической реакции ΔS° определяют через стандартные энтропии веществ.