22 Превращение энергии в химических реакциях. Экзо- эндотермические реакции

Химическая реакция – превращение одного или нескольких исходных веществ в другие по химическому составу или строению вещества.

По сравнению с ядерными реакциями общее число атомов и изотопный состав химических элементов при химических реакциях неизменны.

Виды химических реакций:

1) смешение или физический контакт реагентов; 2) нагревание;

3) катализ; 4) фотохимические реакции (с участием света);

5) электродные процессы; 6) механохимические реакции;

7) радиационно-химические реакции; 8) плазмохимические реакции.

Основные типы химических реакций:

1) соединения: 2Cu + O2 = 2CuO; 2) разложения: 2HgO = 2Hg + O2;

3) замещения: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu; 4) обмена: NaCl + H2SO4 = НСl + NaHSO4.

Химические реакции характеризуются физическими проявлениями:

1) поглощение и выделение энергии; 2) изменение агрегатного состояния реагентов;

3) изменение окраски реакционной смеси и др.

Выделение или поглощение энергии происходит в виде теплоты. Это позволяет судить о наличии в веществах определенного количества некоторой энергии (внутренней энергией реакции).

Известно, что одни химические реакции для своего течения требуют нагрева, а другие происходят даже при глубоком охлаждении. Иногда химические превращения вызываются облучением реагентов светом, а иногда сопровождаются выделением большого количества света и тепла. Вам известны реакции горения, которые сопровождаются выделением теплоты и света, например, горения угля. Существует немало других реакций, при которых выделяется теплота. Так, при взаимодействии кальций оксида с водой (гашения извести) выделяется значительное количество теплоты:

CaO + H2O = Ca (OH) 2 + Q;

C + O2 = CO2 + Q.

В экзо- термических реакциях теплота выделяется. В эндотермических реакциях теплота поглощается.

Теплота выделяется также при реакций между кислотой и щелочью.

Химические реакции, протекающие с выделением тепла, называют экзотермическими (от греческого «экзо» — «наружу»).

Существуют реакции, при которых теплота поглощается. Для возникновения и развития таких реакций требуется нагрев. Например, известняк превращается в жженое известь в процессе непрерывного нагрева, расписание калий перманганата, в результате которого добывают кислород, тоже происходит при нагревании:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 — Q.

Химические реакции, протекающие с поглощением теплоты, называют эндотермическими (от греческого «эндо» — «внутрь»).

Чтобы показать выделение или поглощение теплоты, в химическом уравнении после формул продуктов реакции дописывают Q:

«+ Q» (если теплота выделяется);

«- Q» (если теплота поглощается).

Реакции, при которых теплота выделяется, называют экзотермическими, а реакции, при которых теплота поглощается, называют эндотермическими.

Отрасль химии, которая исследует тепловые эффекты при химических реакций, называется термохимией.

Количество теплоты, которая поглощается или выделяется при химических реакций, называют тепловым эффектом реакции (обозначается: ΔH («дельта-аш»)).

Все реакции проходят с определенным тепловым эффектом: или с выделением теплоты, или с ее поглощением. Если количество теплоты незначительна, то заметить тепловой эффект реакции довольно трудно.

23. Основные термодинамические функции состояния системы. Энтальпия. Стандартная энтальпия. Закон Гесса Состояние любой химической системы характеризуют термодинамическими параметрами состояния - переменными величинами, которые могут быть измерены. Температура (7), давление (Р) - интенсивные параметры, величина которых не зависит от количества вещества. Экстенсивные параметры, например масса (т), объем (V), зависят от количества вещества. В термодинамике свойства системы рассматриваются при ее равновесном состоянии, когда термодинамические параметры одинаковы во всех точках системы и не изменяются самопроизвольно во времени. При изменении параметров меняется и состояние системы.

Любое изменение одного или нескольких параметров системы называют термодинамическим процессом. В зависимости от условий различают следующие процессы: - изохорные - протекают при постоянном объеме системы (V = const); - изобарные - протекают при постоянном давлении (р = const); - изотермические - протекают при постоянной температуре (Т = const); - изохорно-изотермические (V = const, Т = const); - изобарно-изотермические (р = const, Т = const); - адиабатные - система не отдает теплоту в окружающую среду и не получает ее из окружающей среды (теплота Q =0)

Термодинамические функции - переменные величины, которые не могут быть непосредственно измерены и зависят от параметров состояния. Термодинамические функции делятся на функции процесса и функции состояния. К термодинамическим функциям процесса относятся теплота Q и механическая работа А, изменение которых зависит от условий и пути протекания процесса. К термодинамическим функциям состояния относятся: внутренняя энергия U, энтальпия Н, энтропия S, энергия Гиббса G -функции, изменения которых не зависят от пути и способа проведения процесса, а зависят только от начального и конечного состояния системы. К особенностям термодинамических функций состояния относится зависимость их величин от количества или массы вещества, поэтому их принято относить к одному молю вещества.

Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Стандартная энтальпия образования – тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, его составляющих, находящихся в устойчивых стандартных состояниях. Закон Гесса — основной закон термохимии, который формулируется следующим образом: Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.