Енергетикахімічних реакцій
I. Хімічнатермодинаміка - церозділ фізичної хімії, що вивчає перетворення різних видів енергіїпри хімічних реакціях, процесах розчинення, кристалізації. Хімічнатермодинаміка досліджує можливості та межі мимовільного протіканняфізичних процесів. Об'єктом вивчення в термодинаміці є термодинамічнасистема , під якою розуміють умовно виділену з просторусукупність тіл, між якими можливий маса-і теплообмін.
Системи, які можутьобмінюватися з навколишнім середовищем і енергією і речовиною називаються відкритими .Системи, які обмінюються тільки енергією, називаються закритими .
Якщо між середовищем ісистемою відсутня і тепло-та масообмін - це ізольована система .
Розрізняють також гомогенні системи, що складаються з однієї фази і гетерогенні , що складаються з декількохфаз. Реакції, які протікають на межі розділу фаз - гетерогенні .
Сукупність властивостейсистеми називається станом системи . Одна і та ж система можезнаходитися в різних станах. Кожне стан характеризуєтьсяпевним набором значень термодинамічних параметрів.
Параметри, що описуютьстан системи, називаються параметрами стану .
Вони діляться наінтенсивні та екстенсивні. Інтенсивні не залежать від розміру системи, азалежать від температури і тиску, екстенсивні залежать від маси й обсягу.Зміна одного з параметрів призводить до зміни стану в цілому.
Стан системиназивається рівноважним , якщо параметри системи в часімимовільно не змінюються. Нерівноважна система - параметри підчасу змінюються.
Стан системи івідбуваються в ній зміни визначаються так само за допомогою функцій стану.Функції стану - внутрішня енергія, ентропія, ізобарний, ізотермічнийпотенціал.
Перехід системи з 1-го станупід другим називається процесом .
1.- Ізотермічний процес
2.- Ізохорний процес
3.- Ізобарний процес
Основною функцієюстану системи є її повна енергія, яка є сумою 3-хстанів: кінетичнаенергія просувалася системи, потенційна енергія обумовлена ​​впливом насистему зовнішніх силових полів, внутрішня енергія.
При термодинамічнійописі системи,; та включає в себе енергію всіхформ руху молекул, атомів, електронів; енергію міжмолекулярноївзаємодії; внутрішню атомну і внутрішню ядерну енергію.
Експериментальновнутрішню енергію визначити не можна, можнавизначити лише її зміна:.
II.Якщо системаобмінюється з зовнішнім середовищем тепловою енергією і механічною енергією (роботою)іпереходить з 1-го стану в 2-ое, то згідно 1-му початку термодинаміки - Кількість енергії, яка виділяється або поглинається системою у виглядітеплоти іроботи,одно зміни повної енергії системи, тобто при переході з 1-гостану у 2-е:.
Для Ізохоричний процес(При) тепловий ефект реакції притемпературі T відповідає зміні внутрішньоїенергії системи в ході реакції:.
Для ізобарного процесу ():
, отже
або, звідки отримуємо
.
Функція позначається через і називаєтьсяентальпія.
Ентальпія - є функція стану системи,має розмірність енергії.
III.Сутністьхімічних реакцій зводиться до розриву зв'язків у вихідних речовинах і утвореннюзв'язків у продуктах реакції. Т.к. утворення зв'язків протікає з виділенням енергії,а розрив з поглинанням енергії, то хімічні реакції супроводжуютьсяенергетичними ефектами. Розділ термодинаміки, який вивчає тепловіефекти хімічних реакцій, називається термохімією .
Енергія, якавиділяється і поглинається, називається тепловим ефектом хімічної реакції.
Якщо міцність зв'язків впродуктах реакції більше ніж у реагентах, то виділяється енергія у вигляді теплоти.
Процеси, що протікають звиділенням теплоти називаються екзотермічні , а з поглинанням - ендотермічних .
Тепловий ефект ендотермічний реакції вважаютьпозитивним В«+В» (поглинання тепла), а екзотермічної - негативним В«-В»(Виділення тепла).
Тепловий ефект уізобарно умовах визначається зміною ентальпії, в ізохорний умовах -зміною внутрішньої енергії, тобто для екзо-,, для ендо-, для.
Величини і сильно розрізняютьсятільки для систем, в яких речовини в газоподібному стані.
Для систем, в якихречовини знаходяться в конденсованому стані зміна обсягу в ході реакціїмало, тобто ,тоді;.
При термомеханічномуописі реакції опускають,, говорять тільки про зміну ентальпії:
Закон Гесса : тепловий ефект хімічної реакціїпротікає або при або при не залежить від числа проміжних стадій, а визначаєтьсялише кінцевим і початковим станом системи.
Тепловий ефект реакціїзалежить від природи регентів і продуктів реакції, їх агрегатного стану,умови проведення реакції, а також від кількості, що брав участь в реакції.
Тому тепловий ефектприйнято відносити до 1-го моль речовини і визначати його в стандартних умовах:,,.
При термохімічнихрозрахунках важливими є () - це тепловий ефект реакційутворення речовини з простих речовин. За величинам і знакам ентальпії можнасудити про стійкість з'єднання щодо його розпаду на прості речовини.
Якщо, то з'єднання більшстійко, ніж прості речовини, з яких воно утворене. Стандартнийтепловий ефект хімічної реакції дорівнює сумі стандартних ентальпій утворенняпродуктів реакцій за вирахуванням суми стандартних ентальпій утворення реагентівз урахуванням стехіометричних коефіцієнтів:
= [Дж/моль]
- ендотермічний процес, -екзотермічний процес
- для простих речовин
З термохімічнимирівняннями можна проводити будь-які математичні дії.
3)
1)
2)
- за законом Гесса
Тепловий ефектзмінюється зі зміною температури відповідно до закону Кірхгофа:,
де - різниця між ОЈтеплоємностей продуктів реакцій за вирахуванням реагентів.
Теплоємність, яканеобхідна для нагрівання певної кількості речовини на 1К, якщовідноситься до 1 молю - молярна , до 1 кг - питома .
при при
IV.Реакцію, що йдесаму по собі (без допомоги ззовні) називають мимовільної .
Деякі мимовільніреакції є ендотермічні.
Ne Ar
Два газу розділеніперегородкою, якщо її прибрати почнеться мимовільний процес взаімодіффузіі .Система, що складається з різних молекул, в різних судинах більш впорядкована,ніж суміш різних молекул в одній посудині, тобто всі мимовільні зміниполягають в переході з впорядкованого стану частинок в меншвпорядковане. Ступінь безладдя або невпорядкованість в системіхарактеризується станом системи званому ентропією .
Ентропія - функція міри безладдя, вона пов'язана зтермодинамічної ймовірністю реалізації даного стану речовини:
, де
- постійна Больцмана,
- термодинамічна ймовірність,тобто число можливих микростанів, відповідних даному макросостояніеречовини.
- стандартна ентропія, - їїзміна.
В ізольованих системахзміна ентропії служить критерієм визначальним напрямок процесу.
другого початоктермодинаміки : Візольованих системах мимовільно протікають ті процеси і реакції, в ходіяких ентропія зростає.
Процеси, для яких - розширеннягазів, фазові перетворення (їх же в газ), процеси розчинення, плавлення, кипіння,дисоціація з'єднань, нагрівання.
Процеси, для яких - стисненнягазів, конденсація, кристалізація, охолодження.
Якщо в ході реакції об'ємзростає, то.
зростає
У ряді однотипнихсполук зростаєв міру ускладнення атомів, що входять до складу з'єднань:; по мірі ускладненняскладу молекули:.
, тобто ускладнюється склад
На відміну від ентальпії і внутрішньоїенергії длячистих речовин можна ...
