Законы термохимии. Определение средней энергии связи

Понятие энтальпии. Энтальпия реакции. Энтальпия образования химических соединений.

Энтальпия (H) – функция состояния, определяющая удельное теплосодержание химической системы при постоянном давлении (изобарный процесс): H=U+P*ΔV, где P*ΔV – работа расширения. Как видно, энтальпия имеет ту же размерность, что и внутренняя энергия, поэтому выражается в джоулях. Если при этом больше никакой работы не совершается, то ΔH=Qp, где Qp – тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении. При экзотермических реакциях Qp<0, для эндотермических Qp>0.

Изменение внутренней энергии или энтальпии принято относить к случаю, когда все исходные вещества и все исходные продукты реакции находятся в стандартных состояниях. Стандартное состояние вещества – его состояние при данной температуре и нормальном давлении. Условия, при которых все вещества находятся в стандартном состоянии, называются стандартными и снабжаются ноликами при записи.

Стандартная энтальпия реакции образования 1 моля данного вещества из простых веществ называется стандартной энтальпией образования этого вещества. Эту величину выражают в килоджоулях на моль. Энтальпия и внутренняя энергия образования простых веществ по определению равны нулю. Если элемент образует несколько простых веществ (графит и алмаз), то стандартным считается состояние элемента в виде наиболее устойчивой при данных условиях модификации.

Химические уравнения, в которых указаны изменения энтальпии (тепловые эффекты реакций), называются термохимическими уравнениями. Например, PbO(к.)+CO(г.)=Pb(к.)+C02(г.); ΔH=-64кДж.

Закон сохранения энергии (I начало термодинамики): изменение внутренней энергии не зависит от способа проведения процесса, а определяется лишь начальным и конечным состояниями системы. Однако, какая часть энергии пойдет на совершение работы, а какая превратится в теплоту – зависит от способа проведения процесса.

Второе начало термодинамики: в изолированной химической системе самропроизвольно могут протекать только процессы, приводящие к увеличению неупорядоченности системы, т.е. к росту энтропии.

Закон для изохорного процесса: в случае химической реакции, протекающей без изменения объема системы, изменение внутренней энергии равно взятому с обратным знаком тепловому эффекту этой системы. Тепловой эффект – количество тепла, выделившееся или поглощенное в результате протекания реакции, т.е. изменения энтальпии, примененное к одному молю или эквиваленту вещества, в ходе реакции.

Законы термохимии:

· Закон Гесса (1840) – тепловой эффект химического процесса зависит только от начального и конечного состояния вещества и не зависит от промежуточных стадий процесса. (Частный случай закона сохранения энергии). Следствие-1: тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку. Следствие-2: тепловой эффект химической реакции равен сумме энтальпий образования получающихся веществ за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ.

· Закона Лавуазье-Лапласа - тепловой эффект образования данного соединения в точности равен, но обратен по знаку тепловому эффекту его разложения. Отсюда следует невозможность постро­ить вечный двигатель I рода, использующий энергию химических реакций.

· Закон Кирхгофа - температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции. Уравнение Кирхгофа, являющееся следствием этого закона используется для расчёта тепловых эффектов при разных температурах.

· Принцип Бертло-Томсена: в закрытой химической системе самопроизвольно протекает та реакция, в результате которой выделяется максимальное количество энергии.

· Принцип Гиббса – в любой закрытой химической системе при постоянном давлении и температуре возможен только такой самопроизвольный процесс, который ведет к уменьшению свободной энергии системы.

Средняя энергия химической связи – энергия, необходимая для разрушения молекулы с образованием нейтральных атомов, отнесенная к общему количеству химических связей в молекуле.

Дата добавления: 2015-04-24