2. Перший закон термодинаміки

Є декілька формулювань першого закону термодинаміки, в основі яких лежать такі поняття як «теплота та робота» - з одного боку, «внутрішня енергія та ентальпія» - з іншого.

Теплота і робота є різними формами передачі енергії. У термодинаміці теплота і робота – алгебраїчні величини, що можуть бути позитивними та негативними. Робота вимірюється в Дж, кДж. Вона має позитивне значення, якщо зовнішня сила здійснює роботу над системою, і негативне – коли система здійснює роботу над навколишнім середовищем. Теплота вимірюється в Дж, кДж, калоріях (кал), кілокалоріях (ккал). Вона має позитивне значення, якщо система поглинає теплоту з навколишнього середовища, і негативне – коли система віддає теплоту навколишньому середовищу.

Між Дж і кал існує співвідношення: 1,00 кал = 4,184 Дж.

З позиції «теплота – робота» перший закон термодинаміки можна сформулювати так:

Енергія не виникає і не зникає, а тільки може переходити з однієї форми в іншу (в тому числі, теплоту і роботу), кількісно не змінюючись.

Фактично це є закон збереження енергії, який був сформульований М.В. Ломоносовим ще в 1748 р.

Інше формулювання першого закону:

Неможливо створити перпетуум – мобіле, або двигун першого роду, тобто здійснити роботу, не витративши енергії.

Рис. 1. Роботу, яку виконує хімічна система, дорівнює р∆V.

3. Природа теплового ефекту хімічних реакцій. Термохімічні рівняння.

Під час екзотермічних процесів внутрішня енергія та ентальпія зменшуються, тобто величини ∆U і ∆Н негативні:

∆U < 0, ∆Н < 0

Під час ендотермічних процесів, навпаки, внутрішня енергія та ентальпія зростають, тобто величини ∆U і ∆Н – позитивні:

∆U > 0, ∆Н > 0.

Тепловий ефект хімічної реакції – кількість теплоти, що поглинається або виділяється при здійсненні даної реакції, віднесена до взаємодії такого числа молей речовин, яке зазначене в рівнянні реакції.

Закони термохімії:

Всі термохімічні розрахунки базуються на законах Лавуаз’є – Лапласа та Г.Л. Гесса.

Закон Лавуаз’є – Лапласа (1780 р.):

Тепловий ефект розкладу хімічної сполуки на прості речовини чисельно дорівнює тепловому ефекту утворення цієї сполуки з простих речовин із протилежним законом.

Для простих речовин: Са_(т) + ½ О_2(г) = СаО_(т) + Q₁;

СаО_(т) = Са _(т) + ½ О_2(г) - Q₂;

Q₁ = - Q₂ = 635 кДж/моль.

Для складних речовин: Li₂O_(т) + СО_2(г) = Li₂СO_3(т) + Q₁;

Li₂СO_3(т) = Li₂O_(т) + СО_2(г) – Q₂;

Q₁ = - Q₂ = 226,8 кДж/моль.

Закон Г.Л. Гесса (1840 р.) є законом сталості сум тепла, або адитивності теплоти реакції:

Тепловий ефект реакції не залежить від шляху перебігу реакції, а визначається тільки початковим і кінцевим станами системи.

Розглянемо закон Гесса на конкретному прикладі:

Одержання PbSO₄. Його можна отримати декількома шляхами:

перший шлях: Pb + S + 2O₂ = PbSO₄ + 919,7 кДж/моль

другий шлях: Pb + S = PbS + 94,3 кДж/моль

PbS + 2O₂ = PbSO₄ + 825,4 кДж/моль

+ 919,7 кДж/моль

третій шлях: Pb + ½ O₂ = PbO + 218,3 кДж/моль

S + ½ O₂ = SO₃ + 396,9 кДж/моль

РАО + SO₃ = PbSO₄ + 305,5 кДж/моль

+ 919,7 кДж/моль

У термохімічних розрахунках важливого значення набувають наслідки із закону Гесса.

Наслідки із закону Гесса: