Первое начало термодинамики. Тепловой эффект химической реакции. Энтальпия

Каждая термодинамическая система обладает определенной внутренней энергией. Внутренняя энергия является функцией состояния и складывается из кинетической энергии движения и энергии взаимодействия составляющих систему частиц (молекул, ионов, атомов, ядер, электронов). Количественный учет всех составляющих внутренней энергии невозможен, но для термодинамического анализа системы необходимо знать лишь изменение внутренней энергии при переход системы из одного состояния в другое. Энергетический эффект химической реакции обусловлен изменением внутренней энергии, которое выражается в том, что, во-первых, в ходе реакции выделяется или поглощается теплота, во-вторых, системой совершается работа.

Первое начало термодинамики утверждает, что сумма изменения внутренней энергии (D U) и совершенной системой (или над нею) работы равна сообщенной (или выделенной ею) теплоте (Q):

Q = D U + A.

Первое начало термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии.

Рассмотрим приложение первого начала термодинамики к конкретным процессам. Пусть имеется термодинамическая система, переходящая при постоянном давлении p (изобарный процесс) из состояния 1, характеризующегося объемом V ₁ в состояние 2, характеризующееся объемом V ₂. Работа, совершаемая системой, будет равна произведению давления на изменение объема D V:

A = p D V = p (V ₂ - V ₁).

Исходя из первого начала термодинамики тепловой эффект реакции при постоянных давлении и температуре (Q _p):

Q _p = D U + A = (U ₂ - U ₁) + p (V ₂ + V ₁) = (U ₂ + pV ₂) - (U ₁ + pV ₁).

Введем обозначение U + pV º H, тогда:

Q _p = H ₂ - H ₁ = D H.

Величина H называется энтальпией. Таким образом, в изобарных процессах тепловой эффект химической реакции равен изменению энтальпии.

Тепловым эффектом химической реакции или изменением энтальпии в ходе химической реакции (D H _Х.Р.) называется изменение энергии при изобарном переходе определенного числа молей исходных веществ в соответствующее число молей продуктов реакции, выраженное в единицах тепловой энергии - джоулях.

В случае изохорного процесса, проходящего при постоянном объеме (V = const), переходу системы из состояния 1 в состояние 2 отвечает равенство:

Q _v = U ₂ - U ₁ = D U.

Поэтому в изохорных процессах тепловой эффект реакции равен изменению внутренней энергии системы.

þ В химической термодинамике теплота, отданная системой во внешнюю среду, считается отрицательной. Поэтому для экзотермических реакций, которые идут с выделением теплоты, D H <0, а для эндотермических реакций, которые идут с поглощением теплоты, D H >0.

Дата добавления: 2014-01-07