Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Тепловой эффект реакции (Q)




ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

 

Термодинамика изучает различные материальные системы.

Состояние системы описывается определенными параметрами:

р – давление,

Т – температура,

m – масса.

В зависимости от используемых параметров процессы подразделяются на следующие:

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ - Т = const,

ИЗОБАРНЫЙ - р = const,

ИЗОХОРНЫЙ - V = const.

Состояние системы и процессы, происходящие в ней, характеризуются термодинамическими потенциалами:

U – внутренняя энергия,

H – энтальпия,

S – энтропия,

G – энергия Гиббса (свободная энергия системы, или изобарно-изотермический потенциал).

 

Внутренняя энергия (U) и энтальпия (Н).

Тепловой эффект реакции (Q)

 

Внутренняя энергия и энтальпия характеризуют изменение энергии в системе при р = const и Т = const.

Внутренняя энергия (U) системы представляет полную энергию и складывается из энергии движения молекул, ядер, атомов и т.д. При этом не учитывается потенциальная и кинетическая энергии.

Абсолютное значение U определить невозможно. Измеряется её изменение: DU = U2 – U1.

Если энергия системы уменьшается, то DU < 0, т.е. происходит выделение энергии.

В изобарных процессах изменение внутренней энергии характеризуется термодинамическим потенциалом Н (энтальпия).

H = U + p . V,

где р – давление,

V – объём.

Абсолютное значение измерить невозможно, измеряется её изменение:

DН = Н2 – Н1.

Теплота, выделяемая или поглощаемая в процессе перехода системы из одного состояния в другое, характеризуется изменением DН.

Различают следующие процессы:

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ – реакции, в которых выделяется тепло. При этом энергия системы уменьшается;

ЭНДОТЕРМИЧЕСКИЕ – реакции, в которых поглощается тепло. Энергия системы увеличивается.

Уравнения реакции, в которых указывается тепловой эффект, называются термохимическими. В таких уравнениях допускаются дробные коэффициенты, указывается тепловой эффект реакции и агрегатное состояние вещества. С термохимическими уравнениями можно производить алгебраические действия.

Пример термохимического уравнения:

Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(ж) + 285 кДж

или Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(ж) DН = - 285 кДж/моль,

где г – газ; ж – жидкость; кр – твердое вещество (кристаллы).

Тепловой эффект реакции (Qр) при р = const равен изменению энтальпии системы (DН), взятой с обратным знаком

Qр = - DН.

Для расчета DН применяется закон Гесса: «тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от промежуточных стадий процесса».

Так как энтальпия является функцией состояния системы, её изменение рассчитывается по разности сумм стандартных значений конечных и начальных продуктов реакции (системы):

х.р. = å DН°обр. продуктов - å DН°обр. исходных веществ.

DН°обр. – стандартное значение энтальпии образования одного моля соединения из простых веществ, измеренное при Т = 298 К, р = 101,3 кПа.

Стандартные энтальпии образования известны более чем для 300 веществ, приводятся в таблицах и измеряются в кДж/моль.

Следовательно, энтальпия присуща каждому веществу (как масса и другие характеристики) и является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании. Энтальпия простого вещества равна 0. Различают энтальпию образования молекулы из атомов и простых веществ.

 

Пример 1. Образование С2Н2(г) из атомов:

(т) + 2Н(г) = С2Н2(г); DНх.р. = - 1645,98 кДж/моль.

 

Пример 2. Образование С2Н2(г) из простых веществ:

(т) + Н2(г) = С2Н2(г); DНх.р. = 226,77 кДж/моль.

ВЫВОД. Ацетилен является прочным соединением, так как при его образовании из атомов выделяется энергия DН < 0. Но его получение из простых веществ идет с поглощением энергии DН > 0.

Следовательно, в обычных условиях ацетилен получить нельзя, процесс не является самопроизвольным.

Энтропия (S)

 

Энтропия – функция состояния системы, изменение которой характеризует процессы перехода теплоты в обратимых изотермических процессах. Qр

DS = ______, где Qр = - DН.

Т

Все виды энергии, кроме тепловой, могут полностью переходить друг в друга, так как они являются энергией упорядоченного движения частиц.

Тепловая энергия (энергия беспорядочного движения) не может полностью переходить в другие виды, потому что невозможна полная перестройка хаотического движения в упорядоченное.

Для характеристики беспорядочного движения Клаузиус ввел понятие энтропии. В природе любая система стремится перейти из состояния с меньшим беспорядком в состояние с большим беспорядком. При этом энтропия растет.

Самопроизвольный процесс связан с ростом энтропии. Например, превращение жидкости в пар, растворение – процессы самопроизвольные, так как происходит увеличение беспорядка, рост энтропии.

В химических реакциях DS можно определить по изменению объема.

 

Пример. С(кр) + СО2(г) = 2СО(г); DV > 0, DS > 0.

Объем газов увеличивается, энтропия растет, значит процесс самопроизвольный.

 

Энтропия, как и энтальпия, является функцией состояния системы, поэтому её изменение не зависит от способа проведения процесса, а зависит от конечного и начального состояний системы.

DSх.р. = å S°обр. продуктов - å S°обр. исходных веществ.

где S°обр. – стандартное значение энтропии, измеренное при Т = 298 К, Р = = 101,3 кПа для 1 моль вещества. S измеряется в Дж/моль . К.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных