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.

Розділ хімічної термодинаміки, присвячений дослідженням теплових ефектів хімічних реакцій, називають термохимией.

Значення термохіміі велике, тому що знання теплових ефектів необхідно для складання теплових балансів різних процесів (в тому числі і біохімічних, що протікають в клітинах людини, тварин і рослин), а також при дослідженні хімічних рівноваг.

Тепловим ефектом хімічної реакції в термохімії називають максимальну кількість теплоти, що виділяється або поглинається в необоротний процес (найчастіше протікає при максимальних температурі і тиску) за умови, що продукти реакції і вихідні речовини мають однакову температуру і в системі відсутні інші види робіт, крім розширення або стиснення.

При таких обмеженнях QР = DН повинен вести себе як функція стану, тобто його величина не буде залежати від шляху процесу, а стане визначатися тільки початковим і кінцевим станом системи. Ця закономірність називається інакше законом Гесса, на прізвище російського вченого Г. І. Гесса, який встановив і довів її експериментально.

Герман Іванович (Герман Генріх) Гесс (1802-1850). Прибув до Росії разом з сім'єю в 1805 р, і тут здобув освіту, присвятивши наукову діяльність своєї другої батьківщини. Він навчався на медичному факультеті в Дерпті і під впливом Г. Озанна захопився хімією. Деякий час працював у лабораторії Я. Берцеліуса в Стокгольмі (1826-1827). Після повернення в Росію був лікарем, одночасно досліджував мінерали і брав участь у ряді експедицій, У 1828 р був обраний ад'юнктом академії і після повернення в Петербург розвинув тут активну наукову діяльність. У 1830 р Г. І. Гесс став академіком, зайнявши одночасно посаду професора Технологічного інституту. Викладав також хімію в Головному педагогічному інституті, в Гірничому інституті і в інших навчальних закладах. Г. І. Гесс належить підручник хімії «Підстави чистої хімії», що служив майже 40 років основним посібником при вивченні хімії російськими студентами.

Уявімо, що процес перетворення вихідних речовин в продукти реакції здійснюється різними шляхами (рис. 8):

Мал. 8. Схематичне зображення хімічного процесу, здатного здійснюватися двома способами

1) безпосередньою реакцією (протікає в одну стадію), тепловий ефект якої дорівнює? Н1;

2) реакцією, що протікає в дві стадії, теплові ефекти яких дорівнюють? Н2 і? Н3.

Відповідно до закону Гесса? Н1 =? Н2 +? Н3, Тобто незалежно від шляху отримання продуктів реакції сумарний тепловий ефект процесу завжди буде одним і тим же.

Для різних розрахунків в термохімії користуються не хімічними рівняннями реакцій, а термохімічними.

В термохімічних рівняннях хімічні формули завжди позначають один моль речовини, тому стехіометричні коефіцієнти при хімічних формулах речовин можуть бути дробовими. В термохімічних рівняннях зазначають також агрегатний стан кожного речовини (г - газоподібне, ж - рідке, т - тверде, р - розчинена), його кристалічну модифікацію і умови проведення реакції (зокрема, температуру).

Пояснимо це прикладом. У хімії для опису реакції утворення води з водню і кисню досить було написати:

2 + Про2 = 2Н2О

У термохіміі цього недостатньо. Енергія системи в початковому стані - це енергія двох моль Н2 і одного благаючи Про2, В кінцевому стані - енергія 2 моль Н2О. Ця енергія різна в залежності від того, чи будуть в результаті реакції отримані рідка вода, водяна пара або лід. Точно так само і вихідні речовини можуть бути взяті в різних агрегатних станах. У кожному разі теплові ефекти будуть різними.

Існують дві форми запису термохімічних рівнянь і відповідно до цього дві форми знаків теплових ефектів: термохімічна і термодинамічна.

У термохимической формі теплота вважається позитивною, якщо вона виділяється в результаті реакції. У термодинамічної формі вказується зміна ентальпії хімічної реакції, і в разі виділення теплоти? Н має знак «-» (рис. 9). наприклад:

2 (г) + Про2 (г) = 2Н2О(Ж) + 284,25 кДж (Т = 298К)

термохімічна форма записи;

2 (г) + Про2 (г) = 2Н2О(Ж); ? Н298К = -284,25 КДж

термодинамічна форма запису.

Мал. 9. ентальпійного діаграма:
а - Ендотермічний процес (DН 0);
б - Екзотермічний процес (DН <0)

За допомогою закону Гесса визначають теплові ефекти процесів, які безпосередньо на практиці точно виміряти складно або неможливо. Покажемо це на наступному прикладі. Вуглекислий газ з графіту можна отримати 2 способами:

а) З (Графіт) + ? Про2 (Г) = СО (Г); ? Н1

СО(Г) + ? Про2 (г) = СО2 (г); ? Н2

б) З (Графіт) + Про2 (Г) = СО2 (Г); ? Н

Уявімо ці реакції наступною схемою:

Очевидно, DН = DН1 + DН2

Вимірявши DН і DН2, Можна розрахувати величину DН1 = DН - DН2. Дослідним шляхом DН1 знайти не можна, тому що при згорянні З по даній реакції в загальному випадку виходить не одна речовина (чадний газ), а суміш СО і СО2, І яким саме чином спостерігається виділення теплоти розподіляється між утвореними продуктами, вирішити важко.

Таким чином, з термохімічними рівняннями можна проводити ті ж дії, що і зі звичайними алгебраічних рівняннями, тобто множити або ділити їх на будь-яке число, складати або віднімати.

Тепловий ефект хімічної реакції можна безпосередньо виміряти, здійснивши її в спеціальних пристроях, які називаються калориметричну бомбами або калориметрами, або розрахувати теоретично, використовуючи наслідки, що випливають із закону Гесса.

Найбільш важливими з них є наступні:

Тепловий ефект (або зміна ентальпії) хімічної реакції дорівнює сумі теплот освіти (ентальпій освіти) кінцевих речовин за вирахуванням суми теплот освіти (ентальпій освіти) вихідних речовин з урахуванням їх стехіометричних коефіцієнтів.

2. Тепловий ефект (або зміна ентальпії) хімічної реакції дорівнює сумі теплот згоряння (ентальпій згоряння DНсгор.) Вихідних речовин за вирахуванням суми теплот згоряння (ентальпій згоряння DНсгор.) Продуктів реакції.

Перше наслідок має загальне значення, друге особливо важливо для органічних сполук.

Теплотою освіти або ентальпії освіти складного речовини називається тепловий ефект (зміна ентальпії) хімічної реакції утворення одного благаючи складного речовини з відповідних простих.

Наприклад, тепловий ефект реакції

3/2 Н2 (г) + 1/2 N2 (г) = NН3 (г)

є теплотою освіти одного благаючи газоподібного NН3.

Теплоти або ентальпії утворення складних речовин, як правило, визначаються експериментально (якщо можливо здійснити відповідну реакцію) і їх значення поміщають в спеціальних довідниках або таблицях (табл. 1). Причому ці значення наводяться для строго визначених умов: р = 101 325 Па (101,325 кПа), Т = 298,15 K. Якщо хімічна реакція здійснюється не між чистими речовинами, а їх розчинами, то концентрація продуктів реакції повинна дорівнювати 1 моль / дм3.




УДК 544 (075.8) | Хімічна термодинаміка, як теоретична основа біоенергетики | термодинамічні параметри | У найзагальнішому вигляді можна визначити внутрішню енергію системи як суму потенційної і кінетичної енергії всіх складових її частинок. | Форма обміну енергії з навколишнім середовищем | Вплив температури і тиску на парниковий ефект реакції | Використання закону Гесса в біохімічних дослідженнях | Ентропія. Другий закон термодинаміки | Принцип енергетичного сполучення | хімічна рівновага |

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