Энтальпии образования и сгорания

Изменение энтальпии, отвечающее образованию одного моля вещества из простых веществ взятых в той модификации и в том агрегатном состоянии, которые отвечают наиболее их устойчивому состоянию при данной температуре и стандартном давлении называют теплотой (энтальпией) образования. Теплоты образования принято обозначать_ΔfН⁰_(т), где индекс f (от английского - formation) означает, что речь идет о теплоте образования.

Для удобства сопоставления теплоты образования относят к температуре 298,15 К (25⁰С). Стандартные теплоты (энтальпии) образования_ΔfН⁰₂₉₈можно найти в справочных таблицах термодинамических величин. Они измеряются в кДж/моль. Теплоты образования простых веществ в термодинамически устойчивом состоянии (Cl₂, H₂, O₂, S – ромбическая) при стандартных условиях принимаются равными нулю.

Стандартной энтальпией сгорания вещества (_ΔсН⁰₂₉₈) (от англ. сobustion - горение) называется изменение энтальпии_ΔrН⁰₂₉₈в реакции окисления одного моля вещества кислородом с образованием соответствующих высших оксидов в стандартных условиях. Обычно эта величина применяется по отношению к органическим соединениям, поскольку многие из неорганических веществ негорючие. Для углеводородов продуктами сгорания являются СО_2(г), Н₂О_(ж).Азот, входящий в состав сжигающего соединения, переходит в N_2(г), галогены - Cl, Br, I, - в HCl_(г),, HBr_(г), HI_(г), сера – в SO_2(г). Стандартные энтальпии сгорания определены для многих веществ и приведены в справочнике физико-химических величин.

Закон Гесса и следствия из него

В 1840 году Г.И. Гесс экспериментально установил основной закон термохимии, который является частным случаем первого закона термодинамики применительно к химическим реакциям, протекающим в изохорных или изобатных условиях.

Закон Гесса устанавливает: если из данных исходных веществ можно получить заданные конечные вещества различными путями, то суммарная теплота на одном каком-нибудь пути равна суммарной теплоте процесса на любом другом пути, т.е. тепловой эффект химических реакций зависит только от начального вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути процесса (от способа перехода от исходного состояния к конечному).

Он подтверждает, что при V_,T = const,

Qv = _ΔrU⁰₂₉₈, а при Р_,Т = const,

Qр = _ΔrН⁰₂₉₈

Проиллюстрируем закон простой схемой

Процесс окисления аммиака до оксида азота может быть осуществлен в одну стадию:

4NH_3(г) + 5O_2(г) = 4NO_(г) + 6H₂O_(ж);_ΔrН⁰₂₉₈=_ΔrН₁= - 1166 кДж

Эту реакцию можно провести в две стадии: окислить аммиак кислородом с образованием газообразного азота и жидкой воды, а затем азот окислить до монооксида азота:

4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6H₂O_(ж);_ΔrН⁰₂₉₈=_ΔrН₂= - 1531,2 кДж

2N_2(г) + 2O_2(г) = 4NO_(г) ;_ΔrН⁰₂₉₈=_ΔrН₃= 365,2 кДж

_ΔrН₁ =_ΔrН₂ + _ΔrН₃

-1166 = -1531,2 + 365,2 кДж

Большое практическое значение для расчета тепловых эффектов реакций имеют следствия из закона Гесса.

Первое следствие. Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

В качестве примера рассмотрим уравнение реакции записанной в общем виде:

v₁А₁ + v₂А₂= v₃А₃+v₄А_{4; Δr}Н⁰₂₉₈

_ΔrН⁰₂₉₈= [v_3ΔfН⁰₂₉₈ (А₃) +v_4ΔfН⁰₂₉₈ (А₄) ] - [v_1ΔfН⁰₂₉₈ (А₁) +v_2ΔfН⁰₂₉₈ (А₂)]

Второе следствие. Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов.

Таким образом, для реакции:

v₁А + v₂В= v₃С +v₄D_{; Δr}Н⁰₂₉₈

_ΔrН⁰₂₉₈= [v_1ΔсН⁰₂₉₈ (А) +v_2ΔсН⁰₂₉₈ (В) ] - [v_3ΔсН⁰₂₉₈ (С) +v_4ΔсН⁰₂₉₈ (D)]