Теплові ефекти реакцій

Сутність хімічних реакції полягає в розриві зв’язків в вихідних речовинах і виникненні зв’язків в продуктах реакцій. Оскільки утворення зв’язків відбувається з виділенням енергії, а розрив – з поглинанням, то хімічні реакції супроводжуються енергетичними ефектами. Якщо зв’язки, що руйнуються в вихідних речовинах менш міцні, ніж ті, що утворюються в продуктах реакції, то енергія виділяється, і навпаки. Найчастіше енергія виділяється і поглинається у формі теплоти.

За ознакою виділення чи поглинання теплоти реакції поділяються на екзотермічні і ендотермічні.

Екзотермічні - це реакції, що відбуваються з виділенням теплоти. Наприклад, реакція утворення гідрогенхлориду з водню і хлору: H – H + Cl – Cl = 2 H – Cl + Q. Виграш енергії, обумовлений утворенням двох зв’язків Н-Cl, перевищує витрату енергії на розрив зв’язків Н–Н і Сl–Cl.

Ендотермічні – це реакції, що відбуваються з поглинанням енергії з навколишнього середовища. Наприклад, реакція утворення нітроген(ІІ) оксиду з азоту і кисню: N₂ + O₂ = 2NO – Q.

Кількість виділеної або поглинутої теплоти називають тепловим ефектом реакції. Рівняння хімічної реакції з вказаним тепловим ефектом називають термохімічним рівнянням.

Тепловий ефект реакції залежить від температури і тиску, тому домовились його відносити до тиску р = 101325Па і температури 298,15 К (25⁰ С). В термохімічних рівняннях вказують стан реагую-чих речовин: кристалічний (к), рідкий (р), газоподібний (г), розчинний (розч.) тощо. Тепловий ефект позначають через ∆Н, виражають в кДж і відносять до тієї кількості моль речовини, яке визначене рівнянням реакції. Можна застосовувати дробові коефіцієнти для вираження теплового ефекту в кДж/моль. У ендотермічних процесів знаки теплових ефектів вважаються додатними (∆Н>0), у екзотермічних від’ємними (∆Н<0).

Якщо всі продукти реакції і вихідні речовини знаходяться в стандартних станах (р =101325Па і Т =298К), то ∆Н називають стандартною ентальпією процесу і позначають ∆Н⁰₂₉₈. Тоді для екзотермічної реакції термохімічне рівняння записують так:

Для ендотермічної реакції термохімічне рівняння буде мати вид:

Якщо пряма реакція відбувається з виділенням теплоти, то зворотна буде проходити з поглинанням теплоти, і навпаки.

Виділення або поглинання енергії при перебігу хімічних реакцій вказує на зміну внутрішньої енергії системи.

Термохімічні розрахунки ґрунтуються на законі Гесса (1840р.) і наслідку з нього.

Закон формулюється так: тепловий ефект (зміна ентальпії) реакції залежить тільки від початкового і кінцевого станів реагуючих речовин і не залежить від проміжних стадій процесу.

Сутність закону Гесса можна проілюструвати на прикладі процесу окиснення графіту до карбон(IV) оксиду СО₂. Цей процес може відбутись в одну стадію:

або через проміжну стадію утворення і згоряння СО:

;

.

За законом Гесса при однакових температурі і тиску теплові ефекти прямого згоряння графіту в СО₂ або через проміжну стадію утворення СО рівні: ∆Н = ∆Н₁ + ∆Н₂.

Закон Гесса дозволяє обчислити тепловий ефект реакції, оскільки його не завжди можна визначити експериментально. Так, при згорянні графіту одержується суміш СО і СО_{2 ,} тому визначити тепловий ефект утворення СО практично неможливо, але його легко визначити з рівняння: ∆Н₁ = ∆Н - ∆Н₂.

Наслідок з закону Гесса формулюється так: зміна ентальпії реакції дорівнює різниці між сумою ентальпій (теплот) утворення (∆Н_{УТВ .}) продуктів реакції і сумою ентальпій (теплот) утворення вихідних речовин (з врахуванням стехіометричних коефіцієнтів).

Так, для реакції mA + nB = pC + qD. ∆H = (p∆H_УТВ.C + q∆H_УТВ.D) – (m∆H_УТВ.A + n∆H_УТВ.B).

Ентальпією (теплотою) утворення називається тепловий ефект реакції утворення одного моль речовини з простих речовин, стійких при стандартних умовах (р = 101325Па, Т = 298К). Стандартні ентальпії (теплоти) утворення позначаються ∆Н⁰_УТВ.,298, часто обидва нижні індекси опускаються. Ентальпії (теплоти) утворення простих речовин, стійких при стандартних умовах, приймаються рівними нулю. Стандартні ентальпії (теплоти) утворення деяких речовин наведені в таблицях. З допомогою таблиць і наслідку з закону Гесса можна обчислити тепловий ефект будь-якої реакції. Наприклад, для реакції взаємодії сульфур(IV) оксиду з гідроген- сульфідом:

у відповідності з наслідком з закону Гесса запишемо:

Підставивши табличні дані, (див.додаток, таблиця 3),одержимо:

кДж.

Дата добавления: 2015-05-24