Энергетика химических реакций (стр. 2 из 3)

При термохимических расчётах важными являются

( ) – это тепловой эффект реакций образования вещества из простых веществ. По величинам и знакам энтальпии можно судить об устойчивости соединения относительно его распада на простые вещества.

Если

, то соединение более устойчиво, чем простые вещества, из которых оно образовано. Стандартный тепловой эффект химической реакции равен сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакций за вычетом суммы стандартных энтальпий образования реагентов с учётом стехиометрических коэффициентов:

=[Дж/моль]

– эндотермический процесс, – экзотермический процесс

– для простых веществ

С термохимическими уравнениями можно проводить любые математические действия.

3)

1)

2)

– по закону Гесса

Тепловой эффект изменяется с изменением температуры в соответствии с законом Кирхгофа:

,

где

– разность между ∑ теплоёмкостей продуктов реакций за вычетом реагентов.

Теплоёмкость

, которая необходима для нагревания определённого количества вещества на 1К, если относится к 1 молю – молярная, к 1 кг – удельная.

при

при

IV. Реакцию, идущую саму по себе (без помощи извне) называют самопроизвольной.

Некоторые самопроизвольные реакции являются эндотермическими.

NeAr

Два газа разделены перегородкой, если ее убрать начнется самопроизвольный процесс взаимодиффузии. Система, состоящая из различных молекул, в разных сосудах более упорядочена, чем смесь разных молекул в одном сосуде, т.е. все самопроизвольные изменения заключаются в переходе из упорядоченного состояния частиц в менее упорядоченное. Степень беспорядка или неупорядоченность в системе характеризуется состоянием системы называемом энтропией.

Энтропия – функция меры беспорядка

, она связана с термодинамической вероятностью реализации данного состояния вещества:

, где

– постоянная Больцмана,

– термодинамическая вероятность, т.е. число возможных микросостояний, соответствующих данному макросостоянию вещества.

– стандартная энтропия, – её изменение.

В изолированных системах изменение энтропии служит критерием определяющим направление процесса.

2-ое начало термодинамики: В изолированных системах самопроизвольно протекают те процессы и реакции, в ходе которых энтропия

возрастает.

Процессы, для которых

– расширение газов, фазовые превращения (их же в газ), процессы растворения, плавление, кипение, диссоциация соединений, нагревание.

Процессы, для которых

– сжатие газов, конденсация, кристаллизация, охлаждение.

Если в ходе реакции объём возрастает, то

.

возрастает

В ряде однотипных соединений

возрастает по мере усложнения атомов, входящих в состав соединений: ; по мере усложнения состава молекулы: .

, т.е. усложняется состав

В отличие от энтальпии

и внутренней энергии для чистых веществ можно определить абсолютное значение энтропии .

Энтропия, определяемая в стандартных условиях (

, ) называется стандартной

.

– для простых веществ.

Изменение энтропии

в ходе химической реакции определяется как продуктов реакции за вычетом исходных реагентов с учётом стехиометрических коэффициентов:

.

Изменение энтропии

в ходе реакции образования соединений из простых веществ называют энтропией образования .

V. Только для изолированной системы, у которой нет обмена энергией с окружающей средой, энтропия является единственным фактором, определяющим возможность протекания процессов. На практике обычно системы закрытые, в которых изменяется внутренняя энергия и совершается работа против внешних сил. Для таких систем критерием направления протекания процесса является не только стремление системы перейти в состояние с наибольшей термодинамической вероятностью, но и стремление системы перейти в состояние с наименьшей энергией, т.е. выделить теплоту в окружающую среду. Стремление среды к увеличению энтропии называется энтропийным фактором. Стремление системы получить внутреннюю энергию называется энтальпийным фактором.

Суммарный эффект этих двух противоположно действующих факторов в условиях при

находит отражение в изменении энергии Гиббса (изобарно-изотермический потенциал): и в условиях находит отражение в изменении энергии Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал): .