6. Ентальпія системи
Припустимо, що перехід із стану 1 в 2, обумовлений тепловим впли-вом, може відбуватись також і під впливом механічної дії:
U2 - U1 = A (процес I). (34)
Тоді кількість тепла Q, яка вводиться при тепловому впливі
U 2 - U 1 = Q (процес ІІ), (35)
можна охарактеризувати еквівалентною роботою А. Цей спосіб визначення кількості тепла показує, що воно може вимірюватися в одиницях роботи. Прийнята одиниця визначається співвідношенням (для термодинамічної калорії) 1 кал = 4,184 Дж.
Еквівалентність теплоти і роботи, чому відповідають, зокрема, співвід-ношення 1 і 2, по суті і є першим законом термодинаміки. Експеримен-тально визначення теплового еквівалента роботи було здійснено Джоулем.
Якщо зміна стану системи виникає при постійному тиску (ізобарний процес), то механічна робота, пов’язана зі зміною об’єму V, визначаєть-ся просто як рV. Якщо при цьому не виникає ніякої іншої роботи, тоді згідно з першим законом повинно виконуватися співвідношення:
U2 - U1 = p(V1 - V2) + Q . (36)
Тому зручно ввести функцію:
Н = U + pV (37)
і записати:
Н2 - Н1 = Q. (38)
Введена тут величина Н називається ентальпією, або тепловою функ-цією.
7. Теплові ефекти
Хімічні зміни в системі супроводжуються виділенням або поглинанням тепла. Те ж виникає при зміні внутрішньої структури складових частин системи: при розчиненні, зміні агрегатного стану, переході простої речовини із однієї алотропної форми в іншу і т.ін.
Кількість тепла, яка виділяється або поглинається при хімічній реакції, тобто тепловий ефект реакції, може бути визначена дослідним шляхом у калориметрах, опис яких наведено у курсі фізики.
Тепловий ефект хімічної реакції звичайно відносять до моля продукту реакції і більшою мірою виражається в кілоджоулях. Це дає можливість вводити тепловий ефект з відповідним знаком у хімічне рівняння реакції, наприклад:
екзотермічна
реакція: Свугілля
+ О2
СО2
+ 409,2 кДж;
ендотермічна реакція: Свугілля + S2 CS2 - 82,01 кДж.
Перше із цих рівнянь показує, що при повному окисненні 12 г вугілля (взятого у вигляді аморфного вугілля) вилучається 409,2 кДж теплоти, а друге свідчить про те, що для сполучення такої ж кількості вуглецю із сір-кою треба затратити 82,01 кДж.
Рівняння, в яких поряд із вихідними речовинами і продуктами реакції наводиться тепловий ефект, називаються термохімічними.
Розділ хімії, який займається вивченням теплових ефектів хімічних реакцій, називається термохімією. Термохімія охоплює також теплові ефек-ти розчинення, алотропні перетворення і т.ін.
Одним із засновників термохімії є російський вчений Г.І. Гесс. Кла-сичні праці в цій галузі виконані французьким вченим М. Бертло і росій-ським вченим В.Ф. Лугініним.