1.3 Термохимия

Термохимия – раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций. Тепловые эффекты (теплота) химической реакции обозначается Δ_rН и выражаются в кДж или ккал. Δ_rH⁰₂₉₈ – это стандартная теплота реакции т.е. теплота, измеренная при стандартных условиях ( Т = 298 К, р = 101,3 кПа, С_М = 1 М, рН = 7)

Уравнения химических реакций, в которых указаны тепловые эффекты и агрегатное состояние веществ называются термохимическими уравнениями: N₂O₄ (ж) → 2 NO₂ (г), Δ_rH⁰ = + 58,4 кДж

Закон Гесса (1840): тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или объеме, зависит от состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от числа промежуточных стадий процесса.

Закон Гесса есть следствие первого закона термодинамики, так как энтальпия является функцией состояния и ее изменение определяется лишь энергетическим состоянием реагентов и продуктов: DH = H2 – H1

Следствия из закона Гесса:

1. Расчет теплового эффекта реакции по теплотам образования индивидуальных веществ.

Δ_fH – теплота образования (кДж/моль) – это тепловой эффект образования одного моль сложного вещества из простых веществ. Стандартные теплоты образования простых веществ в их наиболее устойчивых формах равны нулю

Для условной химической реакции: аА + bB → сС + dD

Δ_rH = c Δ_fH(C) + d Δ_fH(D) – a Δ_fH(А) – b Δ_fH(В)

Расчет теплового эффекта химической реакции по теплотам сгорания индивидуальных веществ.

Δ_сrН – теплота сгорания – тепловой эффект окисления одного моль вещества в чистом кислороде до высших оксидов

Для условной реакции: ΔrH = а Δ_cгH(A) + b Δ_cгH(B) – c Δ_cгH(C) – d Δ_cгH(D)

Термохимия является основой диетологии, науки о рациональном питании. Приведенные теплоты сгорания (кДж/г или ккал/г) пищевых продуктов характеризуют их энергетическую ценность.

Высокая физическая активность способствует увеличению энергозатрат организма на 30-50%.

Энергозатраты организма возрастают при различных заболеваниях. Например, при ревмотоидном артрите энергетическая прибавка на болезнь составляет ~10 %.

Мозг человека, как во время сна, так и в период напряженной творческой деятельности, стабильно окисляет 5-6 г глюкозы

Увеличение калорийности пищи при одновременном снижении мышечной активности являются главны-ми причинами ожирения.

Ожирение – неинфекционная эпидемия 21 века.

По данным ВОЗ в мире зарегистрировано 250 млн. больных ожирением. В развитых странах число страдающих от ожирения составляет 30 % от общего числа населения

Суточная потребность человека в энергии составляет:

•при легкой работе – 2500 ккал,

•при умеренной и напряженной мышечной работе (студенты, врачи и др.) – 3500 ккал,

•при тяжелом физическом труде (литейщики, каменщики и др.) – 4500 ккал,

•при особо тяжелом физическом труде (спортсмены) – 7000 ккал.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ

2.1 Понятие о самопроизвольных и несамопроизвольных процессах. Термодинамическое равновесие.

Химические реакции и физико-химические процессы можно разделить на две группы:

1) самопроизвольные (спонтанные)

2) несамопроизвольные (неспонтанные)

Самопроизвольные процессы протекают без сообщения системе дополнительной энергии из окружающей среды. Самопроизвольно протекают процессы: растворения, диффузии, осмоса, расширения газа в пустоту.

Пределом протекания самопроизвольных процессов является состояние термодинамического равновесия – это такое состояние системы, в котором ее термодинамические параметры (T, p, V и др.) не изменяются во времени и имеют одинаковое значение во всех точках объема системы.

Система, находящаяся в равновесии не способна выполнять работу.

Термодинамическое равновесие достигается только в закрытых и изолированных системах. Оно не достижимо для открытых систем из-за постоянно изменяющихся внешних условий.

Для открытых систем аналогом равновесного является стационарное состояние, обусловленное сбалансированностью потоков энергии и вещества в систему и из системы.

Стационарное состояние характеризуется длительным постоянством термодинамических параметров системы и одновременной способностью совершать полезную работу.

Все биосистемы, включая человеческий организм, являются открытыми стационарными системами.

Для протекания несамопроизвольных процессов необходимо сообщить системе дополнительную энергию. Например, фотосинтез, протекающий под воздействием УФ излучения.

Одним из фундаментальных свойств природы является ее ассиметрия. Ассиметрия природных процессов проявляется в их однонаправленности.

Если прямой процесс протекает самопроизвольно, то обратный является несамопроизвольным. Рассмотрение вопросов о характере протекания процессов выполняется в рамках второго закона термодинамики.