Основные закономерности протекания химических реакций. Энергетические эффекты химических реакций. Внутренняя энергия и энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества.

Химическая реакция – это процесс в ходе, которого из одних веществ образуются другие.

аА+bB=cC+dD ,где

А, В – формулы исходных веществ,

C, D – формулы продуктов реакции,

a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакций, подобранные в соответствии с законом сохранения масс реагирующих веществ (она отражает количество реагирующих веществ).

В ходе химических реакций происходит разрушение одних химических связей и образование других. На разрыв связи расходуется энергия, а при образовании – выделяется. В связи с этим любая химическая реакция сопровождается энергетическим эффектом. Т.е. выделением или поглощением энергии. Эта энергия может быть затрачена или получена в различных видах:

1. тепловой;

2. электрический;

3. световой (электромагнитное излучение).

Задачами термохимической динамики являются:

1. определение физических эффектов химических реакций, в частности тепловых;

2. изменение свободной энергии системы с целью оценки возможности протекания данной реакции при данных условиях.

Основные понятия и законы в термодинамике.

Система – произвольно выбранная совокупность тел , находящаяся во взаимодействии. Основное свойство, которой является результат взаимодействия образующих ее частей.

Изолированная система – система, не обменивающаяся со средой ни веществом, ни энергией. Закрытая система обменивается со средой энергией, но не обменивается веществом. Если закрытая система получает энергию, она положительна, если отдает – отрицательна. Открытая система обменивается со средой веществом и энергией. Закрытые и изолированные системы создаются человеком с определенными целями. Химические реакции, как правило проводят в закрытых системах. Состояние системы характеризуется параметрами состояния: давления, температуры, объема и компонентный состав, т.е. какие вещества и в каком количестве в системе присутствуют.

Внутренняя энергия системы (U) – это общий запас энергии системы, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекулы, энергию внутримолекулярных колебаний атома, энергию движения электронов в атоме, внутриядерную энергию, т. е. все виды энергии кроме кинетической энергии движения системы как целого и его потенциальной энергии. Внутренняя энергия является функцией состояния системы, U(P,V,T,). Можно охарактеризовать состояние системы параметрами (P₁,V₁,T₁,).

Процесс в ходе которого меняется хотя бы один из параметров называется термодинамическим процессом. И в ходе такого процесса изменяться внутренняя энергия системы P₂,V₁,T₁,.

Изменение внутренней энергии не зависит от пути перехода системы из первого состояния во второе, а зависит только от начального (U₁) и конечного (U₂) значения внутренней энергии. Если закрытая система переходит из состояния 1 в состояние 2, она обменивается с внешней средой теплотой и механической энергией, затрачиваемой механической работой.

Закон сохранения энергии: теплота, подводимая к системе, затрачивается на изменение внутренней энергии и совершение работы, где работа, действующая против всех сил действующих на систему.

Тепловые эффекты химических реакций.

Если в закрытой термодинамической системе протекает химическая реакция , то в начальном состоянии у нас имеется а моль и b моль вещества A, B, что соответствует закону внутренней энергии U, при P, T=const; в конечном состоянии в системе при данных T и P присутствует c, d моль веществ C и D – это соответствует запасу внутренней энергии U, при P, T=const. Тепловой эффект реакции при температуре Т – это тепловая энергия Q, которая выделяется или поглощается при взаимной исходности веществ, причем реагенты и продукты реакций находятся при одной и той же температуре.

Тепловые эффекты реакции при постоянном объеме (Qv)

V=V2=const;

V=0, то Qv=;

Если , то Qv>0 тепло поглощается (эндотермическая реакция).

Если , то Qv<0 тело выделяется (экзотермическая реакция).

Рекации при V=const могут идти в следующих случаях:

1. в закрытом сосуде (тепловая бомба);

2. между твердыми телами и жидкостями без выделения газа;

3. между газами, если число молекул остается постоянным.

Реакции при P=const (тепловой эффект Qp):

- энтальпия теплосодержания системы – это сумма внутренней энергии и произведения объема системы на внешнее давление.

- изменение энтальпии (изменение внутреннего содержания системы).

Сумма внутренней энергии и произведение объёма на внешнее давление называется энтальпией (), имеет размерность энергии и обозначается теплосодержанием системы. Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния. Её внутреннее значение неизвестно, поэтому практическое значение имеет (изменение энтальпии) в ходе термодинамического процесса или входе химической реакции.