Химическая термодинамика

Законы термодинамики

Содержание:

Введение

Основы термохимии

Элементы термодинамики

Первый закон термодинамики

Второй закон термодинамики

Энтальпия и энтропия

Пример расчета

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Химические процессы протекают с выделением или поглощением энергии. Количество выделенной или поглощенной в результате реакции теплоты называют тепловым эффектом реакции и измеряется в килоджоулях на моль образовавшегося или

сгоревшего вещества. Поэтому раздел химии, изучающий энергию химических реакций, исторически стал называться термохимией. Так как в зависимости от условий, в которых протекает химическая реакция, возможно выделение или поглощение работы расширения газов (p=const), то различают тепловой эффект реакции при (p=const) Qp и тепловой эффект реакции при (v=const) Qv, хотя разница между ними обычно невелика.

Энергия активация — это энергия, которую необходимо сообщить частицам реагентов для того, чтобы превратить их в активные. Энергия активации — это энергетический барьер реакции.

Затраченная на активацию молекул энергия выделяется полностью или частично при образовании продуктов реакции. Если при образовании продуктов реакции выделяется больше энергии, чем было необходимо для активации молекул, то такая реакция называется экзотермической (Q>0), если меньше эндотермической(Q<0).

Выделение или поглощение энергии в результате процесса зависит от соотношения количеств энергии, затраченных на разрыв или возбуждение химических связей первоначально взятых веществ, и энергии, выделяющейся в результате образования новых химических связей в продуктах реакции.

Количество энергии отдельной химической связи очень мала. Её удобно выражать в

электронвольтах на атом. Поскольку обычно в реакциях участвуют относительно

большие количества веществ, то общие количества энергии получаются также большие. Энергия, образующаяся в результате химических реакций, может выделяться в разных формах, но, конечно, в эквивалентных количествах. Так, например, фотохимические процессы при фотографии развиваются при поглощении квантов лучистой энергии галидами серебра и, наоборот, можно построить источник когерентного излучения—лазер, работающий на энергии химических реакций.

Затрачивая электрическую энергию, можно выделять нужные вещества из растворов или расплавов путем электролиза, с другой стороны, можно получить энергию за счет химических реакций, протекающих в гальванических элементах или

аккумуляторах.

ОСНОВЫ ТЕРМОХИМИИ

Первый закон термохимии:

тепловой эффект образования данного соединения в точности равен, но обратен по

знаку тепловому эффекту его разложения.

Второй закон термохимии:

тепловой эффект химической реакции не зависит от характера и последовательности

отдельных ее стадий и определяется только начальными и конечными продуктами

реакции и их физическим состоянием (при p=const или при v=const).

Этот закон сформулировал Г. И. Гесс в 1840 году, и он первый принял во внимание физическое состояние реагирующих веществ, так как теплоты изменения агрегатных состояний веществ накладываются на тепловой эффект реакции, увеличивая или уменьшая его.

Следствие из закона Гесса о том, что тепловой эффект процесса не зависит от его отдельных стадий и их последовательности, дает возможность рассчитывать тепловые эффекты реакций для случаев, когда их определить экспериментально или очень трудно, или вообще невозможно.

Применение закона Гесса чрезвычайно расширило возможности термохимии, позволяя производить точные расчеты тепловых эффектов образования целого ряда веществ, опытные данные по которым получить было трудно.

Закон Гесса в наши дни применяют главным образом для расчета термодинамических

функций—энтальпий, которые сейчас используются для термохимических расчетов.

Термохимия, исторически сложившаяся раньше термодинамики, в настоящее время

претерпела некоторые изменения и стала разделом химической термодинамики.

ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

Термодинамика, как наука, изучает изменения энергии в результате процессов в

материальных системах, приводящих к изменению состава и свойств физических тел,

из которых построена данная система.

Комплекс взаимодействующих между собой физических тел, мысленно обособленный от окружающей среды называют термодинамической системой.

Классификация систем:

Изолированные (в которых энергообмен и массообмен с окружающей

средой отсутствуют)

Замкнутые (в которых возможен энергообмен с окружающей

средой, но не возможен обмен веществом).

Незамкнутые системы рассматриваются в термодинамике необратимых процессов.

Гомогенные или однородные (не имеющие физических границ раздела между отдельными частями, так как во всех частях системы свойства одинаковы (например, ненасыщенный раствор)),

Гетерогенные, или неоднородные (разделяющиеся на отдельные части физическими границами раздела, на которых свойства системы резко изменяются).

Фазой называют часть гетерогенной системы, ограниченная физическими границами раздела. Например, насыщенный раствор, соприкасающийся с растворяемым веществом, представляет собой гетерогенную систему.

Состояние системы определяется физическими параметрами; в простейшем случае

идеального газа — это давление и температура, так как v =f (p. Т).

Изменение параметров системы вызывает процесс. Если процесс заключается в

Последовательное изменение параметров, приводящих в конечном итоге систему в

исходное состояние называют циклом.

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Первое начало термодинамики, окончательно сформулированное Джоулем в середине