Глава 8. Термохимия

Термохимия изучает изменение состояния ТС с неоднородными рабочими телами и химическими реакциями в них, которые сопровождаются изменением состава системы и тепловыми эффектами. Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций (ТЭХР).

8.1. Формы записи уравнений химических реакций в общем виде

В качестве примеров химических реакций (ХР) можно привести следующие ХР:

- ХР сгорания водорода;

- ХР сгорания углерода;

- ХР диссоциации кислорода;

- - ХР ионизации водорода;

- ХР рекомбинации кислорода;

- ХР сублимации углерода;

- ХР испарения воды;

- ХР конденсации водяного пара,

где (Т) – твердое вещество; (ж) – жидкое вещество; (Г) – газообразное вещество. Обозначение (Г) обычно отпускается, т.к. большинство рассматриваемых реагентов является газообразными веществами.

При химических реакциях вещества реагируют друг с другом в строго определенных отношениях, характеризуемых стехиометрическими коэффициентами компонентов реакции - , гдеi=1, 2, 3,… и т.д.

Первая форма записи уравнения произвольной ХР:

или ,

где - стехиометрический коэффициентi-го исходного вещества;- стехиометрический коэффициентi-го продукта реакции;- символi-го исходного вещества;- символi-го продукта реакции.

Вторая форма записи уравнения произвольной ХР может быть получена если все слагаемые уравнения ХР перенести в сторону продуктов ХР:

,

где и, т.е. стехиометрические коэффициенты левой части уравнения ХР считаются отрицательными, т.к. они убывают в ходе прямой ХР, а коэффициенты правой части уравнения ХР считаются положительными. В этой форме записи уравнение ХР может быть представлена в виде:

Например, для ХР сгорания водорода:

2Н₂+ О₂=2Н₂О,

имеем для первой формы записи уравнения ХР:

и для второй формы записи уравнения ХР:

2Н₂О – 2Н₂– О₂=0

имеем:

При подсчете чисел молей принято не принимать во внимание жидкие и твердые тела.

Например, для ХР:

, имеем.

8.2. Понятие пробега химической реакции

При химических реакциях изменения количеств реагирующих компонентов пропорциональны их стехиометрическим коэффициентам:

,

где n_i– текущее значение количества веществаi-го компонента при протекании ХР;- количество веществаi-го реагента в начальный момент ХР;- пробег химической реакции.

Величина пробега ХР характеризует степень изменения состава термодинамической системы при химической реакции и показывает на сколько сдвинулась химическая реакция по отношению к начальному состоянию системы.

В начальный момент химической реакции принимается, что =0.

Рассмотрим термодинамическую систему, в которой протекает лишь одна ХР. В реакции могут участвовать не все вещества, входящие в рабочее тело. Однако присутствие веществ, не участвующих в химической реакции, влияет на ход ее протекания.

Текущее число молей i-го вещества равно, гдеi=1, 2, …КС – число веществ в системе. Для веществ левой части уравнения ХР:, и для веществ правой части уравнения ХР:.

Стехиометрический коэффициент i-го компонентаv_iпоказывает, на сколько должно измениться число молей этого компонента при ХР. Если ХР идет вправо, т.е. пробег ХР>0, то исходные вещества убывают, а продукты реакции увеличиваются. Если ХР идет влево, т.е. пробег ХР<0, то продукты реакции убывают, а количество исходных веществ увеличивается, как это показано на схеме:

Стехиометрические коэффициенты - безразмерные величины. Пробег химической реакцииимеет размерность – [моль].

С физической точки зрения пробег химической реакции – это число элементарных реакций, измеряемое числами молей. Если химическая реакция прошла путь от =0 до=1 , то это означает, что произошло число элементарных реакций, равное числу АвагадроN_A=6,022·10²³. В общем случае число элементарных реакций равно произведению числа Авагадро на пробег ХР, т.е. произведениюN_A·.

Изменение количеств реагирующих веществ в процессе ХР при пути ХР от =0 до=1 можно проиллюстрировать следующей таблицей:

	Исходные вещества	Продукты реакции
Начальный момент ХР			0
Конечный момент ХР			1