ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века 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): DНх.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: 2С(т) + 2Н(г) = С2Н2(г); DНх.р. = - 1645,98 кДж/моль.
Пример 2. Образование С2Н2(г) из простых веществ: 2С(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:
|