Головна

Термохимия. закон Гесса

  1. I. Моль. Еквівалентні маси і еквіваленти простих і складних речовин. закон еквівалентів
  2. I.4.2) Закони.
  3. II закон Ньютона.
  4. II. Синтез тpіггеpов з довільно законом функциониpования.
  5. II. Стехіометричні закони хімії
  6. II.3. Закон як категорія публічного права
  7. II.3.2) Класифікація законів.

При хімічних перетвореннях відбувається зміна внутрішньої енергії системи, обумовлене тим, що внутрішня енергія продуктів реакції відрізняється від внутрішньої енергії вихідних речовин.

Зміна внутрішньої енергії в процесі хімічного перетворення відбувається, як і в інших випадках, шляхом поглинання або виділення теплоти і здійснення роботи. Робота в цьому випадку зазвичай мала. Теплота ж реакції часто значна, у багатьох випадках вона може бути безпосередньо виміряна. Вивченням теплот хімічних реакцій займається термохімія.

Зміна внутрішньої енергії при хімічному перетворенні не залежить від шляху, по якому протікає реакція, а лише від хімічної природи вихідних речовин і продуктів реакції.

Теплота реакції в загальному не є зміною функції стану і залежить від шляху процесу. Однак, по крайней мере, в двох найпростіших випадках незалежність від шляху поширюється і на теплоти процесу.

Якщо реакція протікає при постійних обсязі і температурі (T = const и V = const) І при цьому не відбувається робота (W = 0), то відповідно до рівняння (I, 60):

 (I, 66)

де

Тоді, розділивши обидві частини рівняння (I, 66) на dl, отримаємо:

Приймаючи до уваги, що T = const и V = const, Приватну похідну  можна замінити на повну похідну  , З чого випливає, що

Після інтегрування отримаємо:

 (I, 67)

Якщо Dl = 1, то qT,V = DU

Аналогічно, якщо реакція протікає при постійному тиску і температурі

(T = const и Р = const), То відповідно до рівняння (I, 65а)

 де

тоді и  (I, 68)

Якщо Dl = 1, то qT,P = DH

Таким чином, в зазначених двох випадках теплота процесу (тепловий ефект реакції) дорівнює зміні функцій стану і з цієї причини має властивості цих функцій стану - не залежить від шляху процесу, а лише від початкового і кінцевого станів. Зазначений закон був відкритий в 1836 р російським ученим Г. І. Гессом і носить його ім'я.

Отже, закон Гесса свідчить: Якщо з даних вихідних речовин отримати задані кінцеві продукти різними шляхами, то сумарна теплота процесу на одному якомусь шляху дорівнює сумарній теплоті процесу на будь-якому іншому шляху, т. Е. Не залежить від шляху переходу від вихідних речовин до продуктів реакції.

Практичне значення закону Гесса полягає в тому, що він дозволяє розраховувати теплові ефекти хімічних процесів. В термохімічних розрахунках зазвичай використовують ряд наслідків з закону Гесса:

1. Тепловий ефект прямої реакції дорівнює за величиною і протилежний за знаком тепловому ефекту зворотної реакції (так званий закон Лавуазьє-Лапласа).

2. Для двох реакцій, що мають однакові вихідні, але різні кінцеві стану, різниця теплових ефектів являє собою тепловий ефект переходу з одного кінцевого стану в інше.

З + Про2® СО + 1/2 О2 ?Н1

З + Про2® СО2 ?Н2

СО + 1/2 О2® СО2?Н3

 (I, 69)

3. Для двох реакцій, що мають однакові кінцеві, але різні вихідні стани, різниця теплових ефектів являє собою тепловий ефект переходу з одного вихідного стану в інше.

С(Алмаз) + Про2® СО2?Н1

С(Графіт) + Про2® СО2?Н2

С(Алмаз) ® С(Графіт) ?Н3

 (I, 70)

4. Тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці сум теплот утворення продуктів реакції і вихідних речовин, помножених на стехіометричні коефіцієнти.

 (I, 71)

теплотою освіти з'єднання називається тепловий ефект реакції утворення одного благаючи з'єднання з відповідних простих речовин, що знаходяться в тій модифікації і тому агрегатному стані, які стійкі при даній температурі і тиску 1 атм. Стан простих речовин, з яких розглядається освіту хімічної сполуки при даних умовах, отримало назву базисної форми елемента. при 298К такими формами для вуглецю є графіт, для сірки - ромбічна сірка, для ртуті - рідка ртуть і т. д.

Теплота утворення простих речовин в базисної формі приймається рівною нулю.

Значення теплот освіти ?Н0(Обр.)298 для великої кількості речовин наводяться в довідковій літературі. Також ці дані для більш 30.000 органічних сполук можуть бути знайдені на сайті www.webbook.nist.gov/chemistry/

5. Тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці сум теплот згоряння вихідних речовин і продуктів реакції, помножених на стехіометричні коефіцієнти.

 (I, 72)

теплотою згоряння з'єднання називається тепловий ефект реакції взаємодії 1 моль хімічної сполуки і газоподібного кисню при

Р = 1 атм з утворенням вищих стабільних оксидів - Н2О (рі.), СО2 і т. д. або інших строго обраних сполук - N2, SO2, Галогенводородов (HCl, HBr, HI)і т.д.

Величини теплових ефектів хімічних реакцій залежать від умов, при яких проводяться реакції (температури, тиску). Тому табличні значення теплот різних процесів прийнято відносити до стандартного стану.

Стандартне стан характеризується стандартними умовами: тиском Р0 і складом (молярна частка x0). Комісія Міжнародного союзу по чистої та прикладної хімії (IUPAC) визначила в якості основного стандартного стану для всіх газоподібних речовин чисте речовина (х0 = 1) в стані ідеального газу з тиском Р0 = 1 атм (1,01325 · 105 па або 760 мм рт. ст.) При будь-якій фіксованій температурі. Для твердих і рідких речовин основне стандартний стан - це стан чистого речовини (х0 = 1), що знаходиться під зовнішнім тиском Р0 = 1 атм. У визначення стандартного стану IUPAC Т0 не входить, хоча часто говорять про стандартній температурі, рівній 298,15 К.

Величини теплових ефектів реакцій за даних умов називають стандартними тепловими ефектами - ?Н °298, ?U °298.

Розрахунок теплових ефектів по енергіях зв'язків. Поняття хімічної связіпозволяет краще відчути природу хімічної реакції: розрив і утворення зв'язків між атомами грає істотну роль в хімічній реакції. Теплоти, що виділяються або поглинаються в хімічних реакціях, можна обчислити шляхом складання теплот, що поглинаються при розриві зв'язків, і теплот, що виділяються при утворенні нових зв'язків. Теплота, або ентальпія, необхідна для розриву зв'язку, називається енергією зв'язку.

Наприклад, реакцію  можна записати, позначивши зв'язку в явному вигляді:

Такий запис показує, що реакція супроводжується розривом двох зв'язків водень-водень і однієї зв'язку кисень-кисень і утворенням чотирьох зв'язків кисень-водень. Якщо енергію зв'язку позначити eН-Н і ввести аналогічні позначення для інших зв'язків, то тепловий ефект реакції можна представити в наступному вигляді:

?Н = 2eН-Н + eО-О - 4eО-Н

Для більшості реакцій, користуючись порівняно невеликими таблицями енергії зв'язків, можна оцінити теплоти багатьох хімічних реакцій.

Значення енергії зв'язків отримують як середні величини, обчислені з досвідчених термохімічних даних. Також слід врахувати, що теплоти реакцій в цьому випадку знаходять для речовин в газоподібному стані, тому при обчисленнях враховуються теплоти випаровування і сублімації речовин, що знаходяться в конденсованому стані. Таким чином, в загальному випадку рівняння для розрахунку теплоти реакції може бути записано в наступному вигляді:

?Н =(Sniei + ?Нсубл.)вих. - (S ei)прод.




Еквівалентність теплоти і роботи | Внутрішня енергія | Перший закон термодинаміки | рівняння стану | Робота різних процесів | Теплоємність. Обчислення теплоти різних процесів | калоріческіе коефіцієнти | Застосування першого закону термодинаміки до ідеального газу. | Адіабатичні процеси в газах | ентальпія |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати