В

Рис. 14. Ілюстрація фізичного змісту першого закону

Термодинаміки

ведемо нову термодинамічну функцію, яку називаютьентальпією або тепловмістом системи Н і яка дорівнює сумі внутрішньої енергії системи й добутку PV:

H = U + PV. (19)

Тоді з рівнянь (18) і (19) маємо:

Q_p = H₂ – H₁ = H. (20)

Отже, зміна ентальпії системи відповідає тепловому ефекту реакції, виміряному за умов сталих тиску й температури.

В екзотермічних процесах теплота виділяється за рахунок зменшення внутрішньої енергії системи, отже,

U₂U₁, U0. (21)

Аналогічно для процесів, які відбуваються за сталого тиску, маємо

Н₂Н₁, Н0. (22)

Навпаки, в ендотермічних процесах система поглинає теплоту, запас її енергії зростає і тому

U₂ U₁, U0. (23)

Н₂ Н₁, Н0.

Оскільки переважна більшість хімічних реакцій відбувається саме за сталого тиску (у відкритій колбі), то для характеристики енергетичних ефектів застосовують зміну ентальпії Н.

Рівняння хімічних реакцій, у яких указаний тепловий ефект, називають термохімічними. Значення теплового ефекту пов’язують із тим числом молів реагуючих речовин і продуктів реакції, яке відповідає стехіометричним коефіцієнтам.

Теплові ефекти залежать від агрегатного стану речовин і умов, за яких відбувається реакція. Саме тому в термохімічних рівняннях зазначають агрегатний стан речовин; якщо це спеціально не зазначено, то теплові ефекти вказані для стандартних умов.

Стандартними умовами вважають температуру 298 К і парціальний тиск газоподібних речовин 101, 3 кПа, для розчинів – концентрацію 1 моль/л.

Наприклад: 2H_2(г) + О_2(г) = 2Н₂О_(р), Н=-571,66 кДж/моль.

Перший закон термохімії сформулювали Лавуазьє та Лаплас:

теплота розкладу певної сполуки чисельно дорівнює теплоті її утворення, але має протилежний знак.

Другий закон термохімії відкрив російський вчений Герман Іванович Гесс у 1840 р.: тепловий ефект хімічної реакції залежить від виду і стану реагуючих речовин і продуктів реакції, але не залежить від шляху (проміжних стадій), за яким відбувається процес.

Суть закону Гесса продемонструємо на прикладі реакції вуглецю з киснем, яка може відбуватися різними шляхами.

Перший шлях:

C(графіт)+1/2O_2(г)=СО_(г), Н₁= –110,5 кДж/моль, (24)

СО_(г)+1/2O_2(г)=СО_2(г), Н₁= –283,0 кДж/моль. (25)

Другий шлях:

C(графіт)+O_2(г)=СО_2(г), Н₃= –393,5 кДж/моль. (26)

С

Г. І. Гесс

правді, згідно із законом Гесса тепловий ефект в обох випадках однаковий: якщо додати теп-

лові ефекти, що відповідають стадіям І способу, одержимо такий самий тепловий ефект, як за ІІ способом проведення процесу. При цьому очевидно, що в результаті додавання рівнянь (24) і (25) матимемо сумарну реакцію утворення СО₂  рівняння (26).

У зв’язку з цим можна сформулювати такі наслідки закону Гесса.