Изменеие энергии Гиббса как критерий возможности самопроизвольного протекания реакции.

Изучив этот раздел, студент должен научиться:

- рассчитывать тепловые эффекты химических реакций;

- определять возможность самопроизвольного протекания процесса.

Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей, поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.

Раздел химии, посвященный исследованию изменения тепловой энергии, происходящей при химических реакциях, называется термохимией.

Термохимические расчёты основаны на применении закона Гесса, благодаря которому можно рассчитывать тепловые эффекты реакций, используя табличные данные (Приложение, табл. 2). Термодинамика позволяет предсказать может ли произойти реакция, будет ли этот процесс самопроизвольным, обратимым или необратимым. Задача химика – осуществить этот процесс, подобрав соответствующие условия.

Изучив этот раздел, студент должен научиться рассчитывать тепловые эффекты химических реакций, определять возможность самопроизвольного протекания процесса.

Основные понятия химической термодинамики

Система – это совокупность веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно выделенных из окружающей среды.

В зависимости от характера взаимодействия системы с окружающей средой различают открытые, закрытые и изолированные системы.

Открытой системой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой веществом и энергией. Пример: реакция, протекающая в пробирке между веществами:

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O.

Закрытой системой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой только энергией.

Изолированная система – система постоянного объема, в которой не происходит обмена с окружающей средой ни массой, ни энергией. Это понятие абстрактное, т.к. на практике абсолютно изолированных систем не существует.

Фазой называется отдельная часть системы, отделенная от других её частей хотя бы одной поверхностью раздела. Например, кусочки льда, плавающие на поверхности воды.

Гомогенная система состоит из веществ, находящихся в одной фазе. Пример: раствор уксусной кислоты.

Гетерогенная система состоит из веществ, находящихся в разных фазах и имеющих хотя бы одну поверхность раздела. Пример: молоко (шарики жира в водной фазе).

Компонентом системы называется вещество, которое может быть выделено из системы и существовать вне её.

Состояние системы определяется её параметрами.

Термодинамические параметры: температура, давление, объём и концентрация.

Давление (р)характеризует подвижность молекул и определяется силой действия газообразных частиц на стенки сосуда. Единицы измерения Па, атм., мм.рт.ст.

Объём (V) характеризует часть пространства, занимаемого веществом, и определяется энергией взаимодействия молекул между собой. Объём измеряют в см³ (мл), дм³ (л).

Температура (Т или t)характеризует степень нагретости системы, среднюю кинетическую энергию вещества, измеряется в К или ^оС.

Концентрация вещества (с) определяет количественный состав раствора, смеси или расплава. В термохимии принято использовать молярную концентрацию – количество моль вещества, содержащихся в 1 л раствора или газовой смеси (моль/л).

Состояние системы - набор параметров (р,V,T).

Равновесное состояние системы характеризуется постоянством всех свойств во времени в любой точке системы и отсутствием потоков вещества и энергии системы.

Стационарное состояние системы характеризуется постоянством свойств во времени, которое поддерживается за счет непрерывного обмена веществом, энергией и информацией между системой и окружающей средой.

Внутренняя энергия (U) вещества – энергия, скрытая в веществе и частично освобождающаяся при химических, также при некоторых физических процессах (например, при конденсации пара). Экспериментально можно определить лишь изменение внутренней энергии (∆U) при взаимодействии системы с окружающей средой. При этом взаимодействии обмен энергией может осуществляться в виде работы и теплоты.

Теплота (Q ) - энергетическая мера хаотических форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой.

Энтальпия (Н) – термодинамическая функция системы. Она отвечает энергетическому запасу (теплосодержанию) системы при изобарно-изотермических условиях (p,Т =const). Абсолютное значение запаса энтальпии в системе измерить невозможно, поэтому определяется лишь изменение энтальпии ( ∆Н). Единицы измерения кДж/моль.

Величины теплоты и изменения энтальпии химической реакции эквивалентны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Например, если процесс идет с выделением тепла (Q>0), то энтальпия (теплосодержание системы) уменьшается (∆Н<0).

Экзотермические процессы сопровождаются выделением энергии из системы в окружающую среду. В результате энтальпия системы уменьшается (∆Н<0).

Эндотермические процессы сопровождаются поглощением энергии системой из окружающей среды. Энтальпия системы увеличивается (∆Н>0).

Энтропия (S) - термодинамическая функция, характеризующая меру неупорядоченности системы, т.е. неоднородности расположения и движения её частиц. Значение энтропии зависит от агрегатного состояния и природы вещества, температуры, давления и сложности системы. Энтропия имеет размерность Дж/моль·К.

Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал или свободнаяэнергия) – обобщенная термодинамическая функция состояния системы, учитывающая энергетику и неупорядоченностью системы при p,Т = const.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: