15. Законы термохимии (Лавуазье-Лапласа, Гесса). Расчет тепловых эффектов химических процессов. Уравнение Кирхгофа.
Закон Лавуазье-Лапласа: теплота, которая выделяется при
о
бразовании
химического соединения, равна теплоте,
поглощаемой при его разложении на
исходные вещества (тепловой эффект
прямой реакции равен и противоположен
по знаку тепловому эффекту обратной
реакции). Например:
З
акон
Гесса (основной закон термохимии):
тепловой эффект (изменение энтальпии)
химической реакции не зависит от
пути процесса, а определяется только
начальным и конечным состоянием
системы. Тепловой эффект любой
химической реакции можно рассчитать
по известным теплотам образования
веществ, участвующих в реакции, используя
следствие из закона Гесса: тепловой
эффект (изменение энтальпии) реакции
равен разности между суммой энтальпий
образования продуктов реакции и суммой
энтальпий образования исходных веществ
(с учетом стехиометрических коэффициентов
в уравнении реакции).
где n’ и n’’ - стехиометрические коэффициенты продуктов ре-
а
кции
и исходных веществ соответственно. Для
расчета тепл. эфф. реакции при любой
темп-ре используется ур-ние Кирхгофа:
где - молярная изобарная теплоемкость (кол-во тепла, необ. для нагр. вещ-ва на 1 ºС). Принято что теплоемкость не зависит от температуры, поэтому:
16. Второй закон т/д. Энтропия системы, физический смысл. Зависимость ее от различных факторов.
II закон т/д определяет напрвленность превращения эн-гии и имеет несколько эквивалентных формулировок:
Теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому (Клаузиус).
Н
евозможно
всю теплоту превратить в полную работу,
часть ее непременно теряется
(Кельвин-планк).
где
Q
– связанная (рассеянная эн-гия) – та ее
часть, которая не может быть превращена
в работу и определяет меру беспорядка
в системе (S).
ΔS
– изменение энтропии. Т/д смысл энтропии:
- мера связанной эн-гии,
отнесенная к 1 K,
т.е. мера перехода эн-гии в такую
форму, из которой онане может самопроизвольно
переходить в другие формы. Статистический
смысл: мера неупорядоченности системы,
количественная мера хаотического
движения и взаимного расположения
частиц системы. Энтропия зависит от
природы вещ-в, числа частиц и температуры.
17. Энтропия системы и ее изменение при протекании физико-химических процессов. Расчет ∆s х.Р. При стандартных условиях и заданной температуре.
Л
юбое
вещ-во имеет некую положит. энтропию,
но при темп. абсол. нуля, энтропия чистого
вещ-ва в виде идеального кристалла равна
0. Это состояние является точкой отсчета
при определении энтропии. Стандартная
энтропия вещ-ва ( ) – это энтропия 1
моля вещ-ва в его станд. сост. при заданных
условиях [Дж/(моль*K)].
Расчет ΔS:
в станд. условиях:
п
ри
темп. T:
Энтропия особенно резко возрастает при темп. фазовых переходов. В реакциях с участием газов, ΔS можно оценить ориентировочно по изм. объема: при увел. V энтропия возрастает.
18. Уравнение, объединяющее первый и второй законы т/д. Свободная энергия Гиббса или изобарно-изотермический потенциал (G) и его изменение (∆G) в физико-химических процессах при стандартных условиях и заданной температуре Т.
К
ритерием
направленности самопроизвольных
процессов при Р, Т = const, учитывающим
эльтальпийную и энтропийную составляющие
движущей силы процесса, является
изменение свободной энергии Гиббса
(ΔG).
Ур-ние
объединяет математически первый и
второй законы термодинамики. Величина
— свободная энергия есть разность
между полной энергией расширенной
системы и связанной энергией. Тогда,
П
ри
p,T=const
химические реакции протекают
самопроизвольно в направлении, которому
отвечает убыль свободной энергии Гиббса
системы: неравенства определяют
принципиальную возможность течения
химической реакции. Физич. смысл ΔG:
это та часть энергетического эффекта
реакции, которую можно превратить в
работу в обратимом процессе. Расчет ΔG
в стд. усл.:
или
, при заданной T:
. простых
вещ-в равен 0.