Основи хімічної термодинаміки.

Термодинаміка - наука про переходи теплової енергії в інші і навпаки.

Хімічна термодинаміка - наука, що вивчає переходи хімічної енергії в теплову енергію.

В основу хімічної термодинаміки покладено закон М.В. Ломоносова, відкритий в 1748 році - «Закон збереження енергії».

А В + С Д = М І

Н₁ = Н₂

Енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а тільки перетворюється з одного виду в інший, у строго еквівалентних відносинах.

Основні поняття хімічної термодинаміки.

Система - це тіло або сукупність тіл, які знаходяться у взаємодії і умовне огороджені від навколишнього середовища. Система може бути ізольованою і неізольованою. До ізольованої системи приблизно відносяться: холодильник, термос, космічний корабель, підводний човен. Неізольовані системи - усі інші.

Системи бувають гомогенні і гетерогенні. Гомогенна система - це однорідна система (СО₂, NaCl розчинений у воді). Гетерогенна - неоднорідна система, повинен випадати осад, утворюються гази.

Фаза - це сукупність усіх гомогенних частин системи, однакових за складом, фізичними та хімічними властивостями. Фази, складені з однієї, будь-якої хімічної речовини, називають простими, ті, що містять дві або декілька речовин - змішаними.

Стан системи характеризується термодинамічними параметрами:

1) концентрація;

2) тиск;

3) внутрішня енергія;

4) ентропія;

5) ентальпія;

6) вільна енергія Гіббса.

Перший закон термодинаміки.

I закон термодинаміки встановлює кількісні та якісні зміни внутрішньої енергії системи.

Внутрішня енергія складається з усіх видів енергії: енергії протонів, нейтронів, електронів, енергії зв'язків між атомами у системі та міжмолекулярні взаємодії. І закон термодинаміки встановлює тільки зміни внутрішньої енергії, а не абсолютне її значення.

U = U₁ – U₂

де, U – внутрішня енергія

Математичний вираз І закону термодинаміки: "Зміна внутрішньої енергії системи складається з того тепла або тої енергії, яка надається даний системі, за відрахуванням тої роботи, яку здійснює дана система."

U = Н - А

Якщо система не здійснює ніякої механічної роботи, а отримує тільки енергію, тоді:

U = Н

Внутрішня енергія в хімічних реакціях - це тепловий ефект. Тепловим ефектом хімічної реакції називається та кількість тепла, яка виділяється або поглинається в результаті хімічних реакцій. Якщо тепло виділяється, реакцію називають екзотермічною + Н.

АВ + СД = ЕМ + Н

Якщо внаслідок реакції тепло поглинається, то реакцію називають ендотермічною - Н.

АВ + СД = ЕМ - Н

Закон Гесса і наслідки з нього.

Теплохімія базується на законі Гесса: сумарний тепловий ефект даного хімічного процесу не залежить від того, вівся цей процес в одну стадію або в декілька проміжних стадій.

С + О₂ = СО₂ + Q ккал – 1 стадія

С + 1/2О₂ = CO + Q₁ ккал

CO + 1/2О₂ = СО₂ + Q₂ ккал 2 стадія

Н = Н₁ + Н₂

З закону Гесса витікає декілька наслідків:

1) Теплота утворення складної речовини з простих дорівнює теплоті розкладання цієї складної речовини на прості, але з протилежним знаком.

Теплота утворення - це те тепло, яке виділяється при утворенні 1 моля складної речовини.

Теплота розкладання - це те тепло, яке виділяється або поглинається при розкладанні 1 моля речовини.

С + О₂ = СО₂ + Н - теплота утворення

СО₂ = С + О₂ - Н - теплота розкладання

Теплота утворення простих речовин дорівнює нулю. Теплоту утворення складних речовин находять за таблицею.

2) Якщо декілька хімічних реакцій виходять з різних речовин, внаслідок реакції утворюється одна і та ж речовина, то тепловий ефект переходу дорівнює різниці між відповідними реакціями.

С_вуг + О₂ = СО₂ + Н₁

C_ал + О₂ = СО₂ + Н₂

С_гр + О₂ = СО₂ + Н₃

Наприклад, тепловий ефект переходу вугілля в алмаз дорівнює:

Н_пер = Н₁ - Н₂

3) Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумами теплоти утворення речовин, які стоять в правій та лівій частинах хімічного рівняння.

АВ + СД = EM + NF  Н

   

Н₁ Н₂ Н₃ Н₄

Н = (Н₃ + Н₄) – (Н₁ - Н₂)