06

Химическая термодинамика изучает превращения энергии и энергетические эффекты, сопровождающие химические и физические процессы, а также возможность и направление самопроизвольного протекания процесса. Химическая термодинамика является основой современной химии.

Химическая реакция - процесс, при котором одни связи заменяются другими, образуются одни соединения, разлагаются другие. Следствие - энергетические эффекты, т.е. изменение внутренней энергии системы.

а) Система - тело или группа тел, находящихся во взаимодействии с окружающей средой и мысленно обособляемых от нее (вода в стакане). Если такая система не обменивается веществом со средой (стакан покрыт крышкой), она называется закрытой . Если же система имеет постоянный объем и рассматривается как лишенная возможности обмена веществом и энергией с окружающей средой (вода в термосе), такая система называется изолированной.

б) Внутренняя энергия U - общий запас энергии, включая движение молекул, колебания связей, движение электронов, ядер и. д., т.е. все виды энергии кроме кинетической и потенциальной энергии системы в целом.

Внутреннюю энергию нельзя определить, поскольку у системы нельзя отнять всю энергию.

в) Фаза - гомогенная часть гетерогенной системы (вода и лед в стакане)

Фазовый переход - превращения фаз (таяние льда, кипение воды)

Энергетические превращения в ходе процесса выражаются в виде теплового эффекта - либо теплота выделяется (экзотермические реакции), либо поглощается (эндотермические реакции).

Количество выделенной или поглощенной теплоты Q называется тепловым эффектом реакции.

Изучением тепловых эффектов занимается термохимия.

Процессы могут протекать либо при постоянном объеме V=const, либо при постоянном давлении p=const. Последнее наиболее часто, в биологии - всегда. Поэтому и тепловые эффекты будут различаться Qv и Qp .

Закон сохранения энергии гласит:

Q = DU + A (1)

где А работа, производимая системой. В химическом процессе А - работа расширения. A = pDV, тогда обозначим

U + pV = H (2)

H - энтальпия или теплосодержание расширенной системы.

Тогда Qv = DU, a Qp = DH - изменение энтальпии системы.

Энтальпия - характеристика состояния системы, сама по себе как и U не может быть определена. Имеем дело только с ее изменениями.

Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект называются термохимическими уравнениями.

1/2H2(г) + 1/2Cl2(г) = HCl(г) DH = -92 кДж (*)

Zn(к) + H2SO4(р) = ZnSO4(р) + Н2(г) DН = -163.2 кДж

1) Знак теплового эффекта - если тепло выделяется, внутренняя энергия системы уменьшается (-), для эндотермических процессов (+).

2) При написании термохимических уравнений необходимо указывать агрегатное состояние вещества, поскольку переход из одного агрегатного состояния в другое также сопровождается тепловым эффектом. Пишем либо (г), (ж), (тв), либо газ - формула берется в круглые скобки (Cl2), жидкость не обозначается, твердые вещества в квадратных скобках [Zn].

3) DH зависит от количества вещества, поэтому важно уравнивать реакции, при этом коэффициенты могут быть дробными . Уравнение (*) можно записать и так (H2) + (Cl2) = 2(HCl), но тогда DH’ = 2DH.

4) DН зависит от условий - от температуры и давления. Поэтому обычно приводятся стандартные значения DНo

Cтандартные условия - p = 1 атм (101 кПа), температура 25оС (298 К) - отличие от нормальных условий.