Основні означення

Лекція 5

Основні означення. Закон Гесса. Розрахунок теплових ефектів. Розрахунок теплових ефектів хемічних реакцій за теплом утворення сполук. Тепловий ефект утворення сполуки певного аґреґатного стану (тепло аґреґатного стану). Тепловий ефект утворення сполуки у розчині (тепло розчинення). Тепло розведення розчину. Тепло взаємодії кислоти та основи. Розрахунок теплового ефекту хемічної реакції за теплом згоряння.

· Термохемія – розділ хемічної термодинаміки, в якому розглядається застосування першого начала термодинаміки для різних хемічних і фізико-хемічних процесів, а саме:

§ хемічних реакцій;

§ фазових перетворень;

§ кристалізації;

§ твердіння і топлення;

§ випаровування і конденсації;

§ перегону (сублімації) і деперегону (десублімації);

§ розчинення речовини;

§ розведення розчинів;

§ горіння;

§ адсорбції тощо.

· У процесі хемічних реакцій кількість молей вихідних речовин n₁ може не дорівнювати кількости молей продуктів реакції n₂: n₁ ≠ n₂. Наприклад, для хемічної реакції

2СО(ґ) + О₂(ґ) = 2СО₂(ґ) (5.1)

з n₁=3 молей вихідних речовин утворюється n₂=2 моля продуктів реакції.

Або при випаровуванні рідини змінюється концентрація розчиненої речовини в рідині.

· Хемічні реакції та інші фізико-хемічні процеси протікають

а) при p, T=const:

δQ= dU + δL= dU + pdV (5.2)

де pdV – робота розширення:

L_p,1→2 = ΔnR_μT= pΔV (5.3)

де Δn = |n₂ – n₁| – зміна кількости молей.

Q_{p,T, 1→2} = ΔU_к(ΔT) + ΔU_п(ΔV) + ΔnR_μT. (5.4)

Для реальних ґазів

Q_{p,T, 1→2} = ΔU_п(ΔV) + ΔnR_μT. (5.5)

Для ідеальних ґазів

Q_{p,T, 1→2} = ΔnR_μT. (5.6)

б) при V, T=const

Q_{V,T, 1→2} = ΔnR_μT (5.7)

· Якщо при хемічній реакції або іншому фізико-хемічному процесі n=const і виконується робота розширення, то

при V=const з першої форми запису першого начала термодинаміки:

δQ= dU; (5.8)

Q_{V, 1→2} =ΔU. (5.9)

при p=const з другої форми запису першого начала термодинаміки:

δQ= dН, (5.10)

Q_{p, 1→2} =ΔН. (5.11)

Тут ΔU, ΔН – теплові ефекти реакцій при V=const і р=const відповідно.

· Тепловим ефектом хемічної реакції та інших фізико-хемічних процесів називають кількість енергії, що виділяється або поглинається у формі тепла при необоротному протіканні хемічної реакції або інших фізико-хемічних процесів, коли єдиною роботою є термодинамічна робота, а температура вихідних речовин і продуктів реакції однакові:

§ для V=const, це є ΔU;

§ для р=const, це є ΔН.

· Для ґазів (ґ) ΔU і ΔН пов’язані співвідношенням Н=U + pV, тоді

ΔН= ΔU + pΔV при p, T=const,(5.12)

ΔН= ΔU + VΔp при V, T=const. (5.13)

· Для конденсованих систем (р), (т):

Q_p≈ Q_V; ΔН≈ΔU. (5.14)

· Для запису термохімічної реакції (процесу) вказують на аґреґатний стан вихідних речовин і продуктів реакції та тепловий ефект реакції, наприклад:

PCl₅(т) + H₂O (ґ) = POCl₃(р) + 2HCl(ґ),ΔH = –111,4 кДж.

При цьому знак «–» для ΔH говорить, що хемічна реакція або фізико-хемічний процес йде з виділенням тепла, а «+» – з поглинанням тепла.

У зв’язку з тим, що n₁ ≠ n₂, розмірність теплового ефекту реакції (процесу) записують у кДж, а не кДж/моль.

· Величини ΔН, ΔU залежать від р, Т, стану вихідних речовин і продуктів реакції:

Q_с (ґрафіт)≠ Q_с (алмаз);

Q_f (1M)≠ Q_f (0,1M) (розчину),

де Q_с – тепло згоряння [с – combustion (англ. згоряння)];

Q_f – тепло утворення [ f – formation (англ. утворення)].

· Щоби стандартизувати (нормалізувати, табулювати) термодинамічні величини (параметри і функції), приймають ці величини при певному тиску р⁰ і температурі Т⁰ і для певного аґреґатного стану, тобто зводять термодинамічні величини до певних умов ΔU⁰, ΔН⁰. У термохімії стандартними (нормалізованими) умовами є:

§ стандартний (нормалізований) тиск

р⁰=0,101325МПа=760мм рт.ст.=1атм(фіз.)=1,033ат.(тех.)=1,033·10⁴кгс/м²= =1,033кгс/см²;

§ стандартна (нормалізована) температура

t⁰=25°C(T⁰=298,15 K).

§ стандартний аґреґатний стан речовини – стабільна модифікація при даних умовах. Наприклад, вуглець має стандартний стан – модифікацію ґрафіту при р⁰, Т⁰ (гексагональна модифікація); сірка – ромбічна модифікація при р⁰, Т⁰.

§ стандартний розчин – розчин з концентрацією, в якому активність розчиненої речовини дорівнює одиниці при р⁰, Т⁰;

§ стандартний ґаз – ідеальний ґаз при р⁰, Т⁰ і т.ін.

Дата добавления: 2014-12-25