Теплота сгорания и ее расчет
Элементы химической термодинамики.
Термодинамика как наука изучает макроскопические процессы в телах с колоссальным количеством атомов и молекул. В основном это аксиоматическая наука о наиболее общих свойствах подобных тел, которые находятся в термодинамическом равновесии. Принципиальным является то, что она не вносит никаких специальных гипотез и представлений о строении вещества и физической природе теплоты. Термодинамика основывается на трех законах: 1, 2 и 3 начала.
1-ое начало – закон сохранения энергии;
2-ое начало связано с направлением естественного процесса;
3-е начало утверждает невозможность процессов, приводящих к абсолютному нулю температур.
Термодинамические понятия.
Основным понятием термодинамики является состояние вещества, которое может быть представлено точкой на фазовой диаграмме.
P
1
2
V
Система, переходящая из состояния 1 в состояние 2, считается равновесной на промежуточных стадиях.
Системой называется конечная область пространства с находящимися на ней физическими и химическими объектами или телами. Граница системы может быть реальной, например, стенки сосуда, или воображаемой. Тела могут обмениваться энергией друг с другом.
Изолированной системой является система, которая не обменивается энергией с внешней средой.
Равновесное состояние системы характеризуется набором параметров: давлением P, объемом V и температурой T. Однако наряду с этими параметрами есть и другие функции: внутренняя энергия U, энтальпия H, энергия Гиббса G, энтропия S.
Функцией состояния является один из перечисленных параметров, который полностью характеризует данное состояние. Например, количество теплоты не может характеризовать состояние, потому что оно зависит от процесса. Поэтому ее можно определить лишь как энергию, передаваемую одним телом к другому при их взаимодействии и зависящих от температуры этих тел. Термоэнергия подчеркивает, что речь идет об энергии, связанной с хаотичным движением атомов и молекул.
Работа системы A также не является функцией состояния и очевидно зависит от пути.
Первое начало термодинамики.
Тепло, передаваемое системе, затрачивается на изменение внутренней энергии и совершение работы:
Q = (U1-U2)+ A12
Это интегральная форма. Эта же формула в дифференциальной форме имеет вид:
δQ = ΔU + δA.
Теплоемкость системы – это количество теплоты, которое необходимо дать системе, чтобы ее нагреть на 1 градус Цельсия:
С = δQ/ δТ = ΔU/ ΔТ + P ΔV/ ΔТ.
Теплоемкость
СP = ΔU/ ΔТ + Δ(РV )/ ΔТ = Δ(U+РV)/ ΔТ = ΔН/ ΔТ.
Теплоемкость
СV = ΔU/ ΔТ.
Энтальпия реакции.
Термохимия изучает изменение теплоты во время реакции. При этом реакционный сосуд или реактор можно рассматривать как термодинамическую систему. Существуют свои условия: количество теплоты, которое приходит в систему из окружающей среды, принято называть положительным, а соответствующую реакцию – экзотермической. При этом если реакция идет при постоянном давлении, что чаще всего осуществляется на практике, величина ΔH – отрицательная. Если же теплота отводится в окружающую среду, система теряет теплоту, то реакция называется экзотермической: количество теплоты отрицательное, а ΔH – положительная.
В термохимии тепловой эффект определяется по соотношению:
ΔH = Σ ΔHi(продукты) - Σ ΔHj(реагенты).