Термохимия

Термохимия занимается изучением тепловых эффектов химических процессов, которые протекают либо с выделением, либо с поглощением теплоты. Первые называются экзотермическими, вторые - эндотермическими. Количество выделенной или поглощенной теплоты называют тепловым эффектом процесса. Вместо этого термина используют также термин “изменение энтальпии” или просто “энтальпия” процесса. H = H₂ -H₁, где 1 и 2 - начальное и конечное состояния системы. Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции, называются термохимическими. Тепловой эффект Н считают положительным для эндотермических процессов и отрицательным - для экзотермических. Значение Н реакции указывают после уравнения реакции (через точку с запятой). Значение Н относят к числу мо-

лей веществ, участвующих в реакции, которое указывают стехиометрическими коэффициентами (часто они бывают дробными). Кроме того, в термохимических уравнениях отмечают состояние веществ (жидкое, газообразное, твердое). Если специально не оговорено, то Н приводится для стандартной температуры и стандартного давления. Между системами реагентов и конечных продуктов ставят знак равенства, а не стрелку. Слово “моль” в единицах измерения кДж/моль опускают, так как Н относится не к одному молю, если стехиометрический коэффициент не равен единице:

1/2Н_2(г) + 1/2Cl_2(г) = HСl_(г) ; Н = -92 кДж.

Основной закон термохимии был сформулирован русским ученым Гессом в 1940 г: если из данных исходных веществ можно различными способами получить заданные конечные продукты, то независимо от путей их получения суммарный тепловой эффект будет одним и тем же. Из закона Гесса вытекают два важных вывода:

- тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ;

- тепловой эффект реакции равен сумме теплот сгорания исходных веществ за вычетом суммы теплот сгорания продуктов реакции.

Первое следствие имеет общее значение, второе важно для органических соединений.

Под теплотой (энтальпией) образования обычно понимают тепловой эффект образования одного моля вещества из простых веществ, устойчивых при 25С и 1 атм.

Стандартная энтальпия образования вещества (Н) - это изменение энтальпии в процессе образования данного вещества в стандартном состоянии из термодинамически устойчивых форм простых веществ, также находящихся в стандартном состоянии.

Для многих веществ стандартные теплоты образования известны и сведены в таблицы. Составление таких таблиц упрощает расчеты, так как путем комбинации нескольких сот известных величин можно получить значения Н для десятка тысяч реакций, не прибегая к эксперименту.

Пример. Рассчитайте стандартное изменение энтальпии реакции

BaCO_3(тв) = ВaO_(тв) + СО_2(г),

пользуясь стандартными теплотами образования реагирующих веществ. Сколько теплоты выделится (поглотится) при разложении карбоната бария количеством вещества 15 моль?

Решение. Н⁰ _х.р = Н⁰ [BaO_(тв)] + Н⁰ [CO_2(г)] - Н⁰ [BaCO_3(тв)]

Пользуясь табличными данными, получаем:

Н⁰_х.р = -557,6 + (-393,3) - (-1217,6) = 266,7 (кДж/моль).

При разложении 15 молей BaCO₃ поглотится 15266,7 = 4000 (кДж).

Состоянию простых веществ всегда соответствует Н⁰ = 0. Кроме того при алгебраическом суммировании теплот следует учитывать стехиометрические коэффициенты в химических уравнениях.