Первое начало термодинамики. Тепловые эффекты химических реакций

Одним из важнейших законов природы является закон сохранения энергии, который в общем виде был сформулирован в середине ХVIIIв. М. В. Ломоносовым, а впоследствии был экспериментально доказан Ю.Р. Майером, Дж.П. Джоулем и Г.Л. Гельмгольцем.

Михаил Васильевич Ломоносов (1711 – 1765)

Ломоносов впервые определил химию как науку «об изменениях, происходящих в смешанном теле». Эту науку Ломоносов представлял себе как химические факты, объединенные математическим способом изложения и приведенные в систему на основе представлений о строении вещества. Точные опыты с чистыми веществами, с применением «меры и весов», должны сопровождаться теоретическим анализом результатов. Опередив на десятилетия своих современников, Ломоносов разработал корпускулярную теорию строения вещества, предвосхитившую современное атомно-молекулярное ученые.

Ломоносов считал своей «главной профессией» химию, но он был в то же время и первым замечательным русским физиком. Ясно представляя необходимость тесной связи между химией и физикой, он считал, что химию следует изучать при помощи физики и что химические анализы могут получить правильное истолкование только на основе физических законов. Применяя физику для объяснения химических явлений, Ломоносов заложил основы новой науки – физической химии.

По этому закону во всех явлениях природы энергия не может исчезнуть бесследно или возникнуть из ничего. Энергия может только превращаться из одной формы в другую в строго эквивалентных соотношениях.Этот закон является универсальным и подтверждается всем опытом человечества.

Частным случаем закона сохранения энергии в применении к процессам, сопровождающимся тепловыми явлениями, выступает первое начало (или первый закон) термодинамики, который можно сформулировать следующим образом:подведенное к системе тепло Q идет на увеличение ее внутренней энергии ΔU и на совершение системой работы А против внешних сил:

Q= ΔU+ А

Система может переходить из одного состояния в другое различными путями. Но в соответствии с законом сохранения энергии изменение внутренней энергии ΔUсистемы не зависит от пути перехода: оно одинаково во всех случаях, если одинаковы начальное и конечное состояния системы. Количество же теплоты и количество работы зависят от этого пути. Однако, как бы не менялись значенияQи А при разных путях перехода системы из одного состояния в другое, их алгебраическая сумма будет всегда одинаковой, если только одинаковы начальное и конечное состояния системы.

На основании первого начала термодинамики можно сделать несколько важных выводов.

1. В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная.

2. Невозможно создать вечный двигатель первого рода, который производил бы работу без подведения энергии извне, т.к. производимая системой работа будет всегда меньше, чем теплота, затраченная на ее производство.

Основной единицей для измерения количества энергии и работы в системе СИ является джоуль (Дж).На практике часто пользуются также внесистемной единицей –калорией (кал),причем одна термодинамическая калория равна 4,184 Дж.

1 кДж = 1 000 Дж = 0,23901 ккал;

1ккал = 1 000 кал = 4,184 кДж