Общие закономерности химических процессов.

Центральным в химии является учение о превращениях веществ, в том числе об энергетике и кинетике химических реакций. Усвоение этого учения позволит предсказать возможность и направление химических и физико-химических процессов, рассчитать энергетические эффекты и энергозатраты, скорость получения и выход продуктов реакции.

Основные понятия и определения.

Термодинамика - наука о превращении различных форм энергии.

Та область термодинамики, которая занимается изучением энергетических изменений в химических реакциях, называется химической термодинамикой.

Система - это часть пространства, заполненное веществом и отделенное от окружающей среды поверхностью раздела. Такой поверхностью может быть стенки сосуда.

Различают три вида системы:

1.открытые

2.закрытые

3.изолированные

Открытая - такая система, которая обменивается с окружающей средой веществом и энергией.

Закрытая - система, которая обменивается со средой только энергией.

Изолированная - не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

Реальные системы только приближаются к этим понятиям, но никогда

полностью не совпадают.

Параметры, описывающие состояние системы называется функциями состояния.

К таким функциям относятся:

1.внутренняя энергия	U	3. энтропия	S
2.энтальпия	Н	4. энергия Гиббса	G

Первый закон термодинамики

В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная. Если к системе подведено некоторое количество теплоты Q, то оно может быть израсходовано на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой внешней работы А.

(1)

Под внутренней энергией системы U подразумевают ее общий запас, обусловленный всеми видами движений и взаимодействий состояний её молекул и атомов. В эту энергию включается поступательное, колебательное и вращательное движение молекул, атомов, ионов, энергии силового взаимодействия и все другие виды энергии, кроме кинетической (перемещение всей системы в целом) и потенциальной (взаимодействие с внешними силовыми полями).

В любом процессе приращение внутренней энергии равно:

(2)

Если происходит химическая реакция, то работа совершается против внешних сил (давления):

(3)

Подставим выражения 2 и 3 в формулу 1:

Выражение - энтальпия (H) или теплосодержание системы при

постоянном давлении.

Т.е.

- внутренняя энергия до реакции;

- внутренняя энергия после реакции;

- объём после реакции;

- объём до реакции;

- энтальпия системы после реакции;

- до реакции;

Н > 0 «+» - для эндотермических реакций (поглощение тепла).

Н < 0 «–» - для экзотермических (выделяется тепло).

Знак теплового эффекта определяется тем, с какой стороны рассматриваем процесс: со стороны окружающей среды, или изнутри химической системы. Если со стороны окружающей среды, то знак «+» соответствует экзотермическому процессу, когда среда получает тепло от химической системы. В дальнейшем мы будем пользоваться термодинамической системой знаков, то есть рассматривать процесс с точки зрения системы. Тогда экзотермической реакции будет соответствовать знак «–», поскольку система теряет энергию в виде тепла.

Экзотермический процесс ;

Эндотермический процесс ;

С помощью изменения характеризуется не только реакции, но и отдельные соединения. Для этого применяется понятие о стандартной энтальпии образования - это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при образовании 1 моля cложного соединения из простых веществ ( элементов), причем и само соединение и элементы находятся в том агрегатном состоянии, в котором они устойчивы, в так называемых стандартных условиях (при давлении Па и при T= 298° К);

Измеряется в ккал/моль или кДж/моль;

Например: кДж/моль;

кДж/моль;

Обозначает, что при образовании 1 моля жидкой воды при стандартных условиях, выделяется -285,3 кДж тепла на каждый моль вещества.

Энтальпия простых веществ равна 0.

Экзотермические соединения более устойчивы, чем исходные простые вещества, так как при их образовании выделяется тепло.

Другим важным выражением закона сохранения энергии является закон Гесса.

Закон Гесса.

В 1841 году российский ученый Г. И. Гесс открыл закон.

Изменение энтальпии(или тепловой эффект процесса) зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода.

Рассмотрим это на примере реакции горения углерода:

Это означает, что тепловой эффект окисления графита в будет одинаковым произойдет ли окисление непосредственно или через промежуточное образование. Алгебраическая сумма тепловых эффектов двух стадий равна тепловому эффекту прямого окисления.

1. Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку обратной реакции.

2. Суммарный тепловой эффект обратимого процесса равен нулю;

3. Тепловой эффект реакции равен разности сумм стандартных энтальпий образования продуктов реакции и сумм стандартных энтальпий образования исходных веществ.