22 Перетворення енергії в хімічних реакціях

Хімічна реакція - перетворення одного або декількох вихідних речовин в інші за хімічним складом або будові речовини.

У порівнянні з ядерними реакціями загальне число атомів і ізотопний склад хімічних елементів при хімічних реакціях незмінні.

Види хімічних реакцій:

1) змішання або фізичний контакт реагентів; 2) нагрівання;

3) каталіз; 4) фотохімічні реакції (за участю світла);

5) електродні процеси; 6) МЕХАНОХІМІЧНО реакції;

7) радіаційно-хімічні реакції; 8) плазмохімічні реакції.

Основні типи хімічних реакцій:

1) з'єднання: 2Cu + O2 = 2CuO; 2) розкладання: 2HgO = 2Hg + O2;

3) заміщення: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu; 4) обміну: NaCl + H2SO4 = НСl + NaHSO4.

Хімічні реакції характеризуються фізичними проявами:

1) поглинання і виділення енергії; 2) зміна агрегатного стану реагентів;

3) зміна забарвлення реакційної суміші та ін.

Виділення або поглинання енергії відбувається у вигляді теплоти. Це дозволяє судити про наявність в речовинах певної кількості деякої енергії (внутрішньою енергією реакції).

Відомо, що одні хімічні реакції для своєї течії вимагають нагріву, а інші відбуваються навіть при глибокому охолодженні. Іноді хімічні перетворення викликаються опроміненням реагентів світлом, а іноді супроводжуються виділенням великої кількості світла і тепла. Вам відомі реакції горіння, які супроводжуються виділенням теплоти і світла, наприклад, горіння вугілля. Існує чимало інших реакцій, при яких виділяється теплота. Так, при взаємодії кальцій оксиду з водою (гасіння вапна) виділяється значна кількість теплоти:

CaO + H2O = Ca (OH) 2 + Q;

У екзо термічних реакціях теплота виділяється. У ендотермічних реакціях теплота поглинається.

Теплота виділяється також при реакцій між кислотою і лугом.

Хімічні реакції, що протікають з виділенням тепла, називають екзотермічними (від грецького «екзо» - «назовні»).

Існують реакції, при яких теплота поглинається. Для виникнення і розвитку таких реакцій потрібно нагрів. Наприклад, вапняк перетворюється в палене вапно в процесі безперервного нагріву, розклад калій перманганату, в результаті якого добувають кисень, теж відбувається при нагріванні:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 - Q.

Хімічні реакції, що протікають з поглинанням теплоти, називають ендотермічними (від грецького «ендо-» - «всередину»).

Щоб показати виділення або поглинання теплоти, в хімічному рівнянні після формул продуктів реакції дописують Q:

«+ Q» (якщо теплота виділяється);

«- Q» (якщо теплота поглинається).

Реакції, при яких теплота виділяється, називають екзотермічними, а реакції, при яких теплота поглинається, називають ендотермічними.

Галузь хімії, яка досліджує теплові ефекти при хімічних реакцій, називається термохімією.

Кількість теплоти, яка поглинається або виділяється при хімічних реакцій, називають тепловим ефектом реакції (позначається: ΔH ( «дельта-аш»)).

Всі реакції проходять з певним тепловим ефектом: або з виділенням теплоти, або з її поглинанням. Якщо кількість теплоти незначна, то помітити тепловий ефект реакції досить важко.

23. Основні термодинамічні функції стану системи. Ентальпія. Стандартна ентальпія. Закон Гесса Стан будь-якої хімічної системи характеризують термодинамічними параметрами стану - змінними величинами, які можуть бути виміряні. Температура (7), тиск (Р) - інтенсивні параметри, величина яких не залежить від кількості речовини. Екстенсивні параметри, наприклад маса (т), обсяг (V), залежать від кількості речовини. У термодинаміки властивості системи розглядаються при її рівноважному стані, коли термодинамічні параметри однакові у всіх точках системи і не змінюються мимовільно в часі. При зміні параметрів змінюється і стан системи.

Будь-яка зміна одного або декількох параметрів системи називають термодинамічним процесом. Залежно від умов розрізняють такі процеси: - ізохорно - протікають при постійному обсязі системи (V = const); - ізобарно - протікають при постійному тиску (р = const); - ізотермічні - протікають при постійній температурі (Т = const); - ізохорно-ізотермічні (V = const, Т = const); - ізобарно-ізотермічні (р = const, Т = const); - адіабатні - система не віддає теплоту в навколишнє середовище і не отримує її з навколишнього середовища (теплота Q = 0)

Термодинамічні функції - змінні величини, які не можуть бути безпосередньо виміряні і залежать від параметрів стану. Термодинамічні функції діляться на функції процесу і функції стану. До термодинамічних функцій процесу відносяться теплота Q і механічна робота А, зміна яких залежить від умов і шляхи протікання процесу. До термодинамічних функцій стану відносяться: внутрішня енергія U, ентальпія Н, ентропія S, енергія Гіббса G-функції, зміни яких не залежать від шляху і способу проведення процесу, а залежать тільки від початкового і кінцевого стану системи. До особливостей термодинамічних функцій стану відноситься залежність їх величин від кількості або маси речовини, тому їх прийнято відносити до одного молю речовини.

Ентальпія - це термодинамічне властивість речовини, яке вказує рівень енергії, збереженої в його молекулярній структурі. Це означає, що, хоча речовина може мати енергію на підставі температури і тиску, не всю її можна перетворити в теплоту. Стандартна ентальпія освіти - тепловий ефект реакції утворення одного моля речовини з простих речовин, його складових, що знаходяться в стійких стандартних станах. Закон Гесса - основний закон термохімії, який формулюється таким чином: Тепловий ефект хімічної реакції, що проводиться в ізобарно-ізотермічних або ізохорно-ізотермічних умовах, залежить тільки від виду та стану вихідних речовин і продуктів реакції і не залежить від шляху її протікання.