2. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса.

В основе термохимических расчетов лежит закон, открытый русским ученым Г. И. Гессом в 1840 г. Закон гласит: тепловой эффект реакции зависит от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода (из начального состояния в конечное).

Или иначе: тепловое эффект реакции равен алгебраической сумме тепловых эффектов всех его промежуточных стадий:

ΔН = ΔН₁ + ΔН₂.

Рассмотрим пример получения диоксида углерода СО2 из графита, которую можно представить в виде ряда последовательных реакций, каждая из которых сопровождается своим тепловым эффектом (изменением энтальпии):

С(графит) + 1/2О2(г) = СО(г)		ΔН1 I стадия.
СО(г)+1/2О2(г)= СО2(г)		ΔН2 II стадия.

Или суммарно:

С(графит) + О₂(г) = СО₂(г) ΔН.                

Представим в виде схемы:

Очевидно:

ΔН = ΔН₁ + ΔН₂       или       ΔН₁ + ΔН₂ + (–ΔН) = 0.

Это обозначает, что если все три процесса удовлетворяют требованию Т_исх.= Т_{конечн.} и Р_исх. = Р_{конечн.}, то не зависимо от того, сгорает графит сразу в СО₂ или сначала в СО, а затем СО в СО₂, тепловой эффект будет одним и тем же.

Следствия из закона Гесса:

1. Если в результате последовательных химических реакций система приходит в состояние, полностью совпадающее с исходным (круговой процесс), то сумма тепловых эффектов этих реакций будет равна нулю.

2. Тепловой эффект реакций (ΔН_х.р.) равен сумме теплот образования (или ΔН_обр.) конечных веществ (ΔН_{конеч. в-в}) за вычетом суммы теплот образования исходных веществ (ΔН_{исх. в-в}):

ΔН_х.р. = Σ ΔН_{прод. р-ции} – Σ ΔН_{исх. в-в.}

3. Теплота растворения.

Растворы - это однофазные системы переменного состава, состоящие из нескольких компонентов, один из которых является растворителем, а другие - растворенными веществами. То, что растворы однофазные системы, роднит их с химическими соединениями, а то, что они являются системами переменного состава, сближает их с механическими смесями. Поэтому и считают, что растворы имеют двойственную природу: с одной стороны, они сходны с химическими соединениями, а с другой — с механическими смесями.

Растворение - это физико-химический процесс. При физическом явлении разрушается кристаллическая решетка и происходит диффузия молекул растворенного вещества. При химическом явлении в процессе растворения молекулы растворенного вещества реагируют с молекулами растворителя.

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Эту теплоту, отнесенную к одному молю вещества, называют тепловым эффектом растворения, Qp.

• Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:

• а) разрушения кристаллической решетки (процесс всегда идет с затратой энергии — Q₁);

• б) диффузии растворенного вещества в растворителе (затрата энергии - Q₂);

• в) гидратации (выделение теплоты, +Q₃, так как гидраты образуются за счет возникновения непрочной химической связи, что всегда сопровождается выделением энергии).

Общий тепловой эффект растворения Qp будет равен сумме названных тепловых эффектов: Qp = (-Q₁) + (- Q₂) + (+Q₃); если Q₁> Q₃> то растворение идет с поглощением теплоты, то есть процесс эндотермический, если Q₁< Q₃, то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN0₃, NH₄CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H₂S0₄ — с выделением теплоты.

Задача. Почему при растворении в воде хлорида натрия температура раствора понижается, а при растворении серной кислоты — повышается?

Ответ. При растворении хлорида натрия идет разрушение кристаллической решетки, что сопровождается затратой энергии. На процесс диффузии затрачивается незначительное количество энергии. Гидратация ионов всегда сопровождается выделением энергии. Следовательно, если в процессе растворения понижается температура, то энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки, оказывается большей, чем энергия, выделяющаяся при гидратации, и в целом раствор охлаждается.

Тепловой эффект растворения серной кислоты состоит, главным образом, из теплоты гидратации ионов, поэтому раствор разогревается.

Растворимость вещества — это его способность распределяться в среде растворителя. Растворимость (или коэффициент растворимости) определяется максимальным количеством граммов вещества, которое может раствориться в 100 граммах растворителя при данной температуре.

Растворимость большинства твердых веществ увеличивается с нагреванием. Есть исключения, то есть такие вещества, , растворимость которых с увеличением температуры мало меняется (NaCl) или даже падает (Са(ОН)₂).

Растворимость газов в воде падает с нагреванием и увеличивается с повышением давления.

Растворимость веществ связана с природой растворенного вещества. Полярные и ионные соединения, как правило, хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные соединения - в неполярных растворителях. Так, хлороводород и аммиак хорошо растворяются в воде, тогда как водород, хлор, азот растворяются в воде значительно хуже.