13

Тема№1: «Химическая термодинамика»

Вопросы лекции:

1. Энергетические эффекты химических реакций. Внутренняя энергия и энтальпия.

2. Основные понятия химической термодинамики. Первый закон термодинамики;

3. Термохимия. Тепловые эффекты и термохимические уравнения. Закон Гесса и следствие из него.

4. Стандартное состояние. Энтропия и ее изменение в химических реакциях.

5. Энергия Гиббса и Гельмгольца. Выявление возможностей направления и предела самопроизвольного протеканий химических реакций расчетом изменений ее термодинамических параметров.

Вопрос 1. Мы с вами знакомы с основными типами химических реакций и правилами составления химических уравнений.

Составив уравнение химической реакции, можно рассчитать количество продуктов этой реакции, которые образуются при условии полного превращения исходных веществ.

!!! Однако многие реакции протекают не до конца, а некоторые вообще невозможны при данных условиях. – Проблема?

Как известно, в соответствии с законом сохранения энергии возможен ряд преобразований энергии: химической энергии топлива в теплоту, теплоты в механическую энергию, механической – в электрическую, электрической вновь в механическую, и, наконец, механической – в теплоту. Но не все перечисленные преобразования равноценны друг другу: химическая, механическая, электрическая энергии могут целиком переходить в другие виды энергии (в том числе и в теплоту); теплота не в состоянии перейти полностью в другие виды энергии. - Почему?

Все виды энергии, кроме теплоты, являются энергиями упорядоченного движения микрочастиц, составляющих тело, или упорядоченного движения самих тел. (Электрическая энергия – это упорядоченное движение электрических зарядов под действием электрического напряжения; механическая энергия – энергия простейшего движения, представляющего собой изменение с течением времени пространственного расположения тел).

Теплота представляет собой энергию беспорядочного движения микрочастиц (молекул, атомов, электронов и т.д.) при переходе от одного тела к другому. Невозможность полного перехода теплоты в другие виды энергии объясняется невозможностью полной перестройки хаотического движения в упорядоченное.

Раздел химии, занимающийся изучением тепловых эффектов химических реакций, называется химической термодинамикой.

Слово термодинамика происходит от греческих слов «термос» (теплота) и «динамос» (сила, движение). Дословно, наука о движении.

Химическая термодинамика – наука о взаимопревращениях теплоты и энергии в химических реакциях.

Химическая термодинамика изучает: 1) энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции;

2) направление и пределы их самопроизвольного протекания.

Знание закономерностей химической термодинамики позволяет:

- предсказать, возможно, ли в принципе химическое взаимодействие между данными веществами при определенных условиях;

- предсказать, до какой степени может протекать реакция прежде, чем установится химическое равновесие при данных условиях;

- выбрать оптимальные условия проведения процесса, обеспечивающие получение максимального выхода нужного продукта;

- рассчитать количество энергии, которое выделится при проведении реакции или необходимо затратить для ее осуществления.

Итак, знание законов химической термодинамики позволяет решать, не прибегая к эксперименту, многие задачи производственной и научно-исследовательской работы.

Химическая термодинамика основана на трех законах (трех началах), особенность которых состоит в том, что они не могут быть выведены, а являются результатом обобщения многовекового человеческого опыта. Правильность этих законов подтверждается тем, что не существует фактов, которые бы противоречили этим законам.

На сегодняшней лекции мы будем говорить о первом законе термодинамики. Но прежде, чем приступить к его рассмотрению вы должны овладеть основными понятиями химической термодинамики.