Екзо- та ендотермічні реакції

Хімічний вплив як правило супроводжується тепловим ефектом. При цьому теплота може як виділятися, так і поглинатися. Процеси, що протікають з виділенням теплоти, називаються екзотермічні, а йдуть з поглинанням теплоти-ендотермічними. Рівняння реакцій, що враховують і теплові ефекти, називаються термохімічними.

Тепловий ефект реакції необхідно характеризувати не тільки абсолютною величиною, а й знаком. Склалися дві системи звіту: термохімічна і термодинамічна. У першій з них знак теплового ефекту екзотермічної реакції вважається позитивним (екзо- назовні). Ендотермічна реакції супроводжується негативним тепловим ефектом, теплота поглинається системою (ендо- всередину). У термодинаміки прийнята зворотна система знаків, тобто поглинена системою теплота, вважається позитивною; теплота віддана системою в навколишнє середовище-негативною.

У термодинамічної системи знаків тепловий ефект реакції ототожнюється зі зміною ентальпії системи (якщо процес протікає при постійному тиску). При записи термохімічного рівняння в цій системі тепловий ефект не включається в рівняння, а записується поруч.

Отже, тепловий ефект ендотермічної реакції пов'язаний зі зростанням ентальпії системи (H> O), а екзотерміческой- з її зменшенням

Зазвичай хімічні реакції протікають при постійному тиску (у відкритих системах) .Але іноді необхідно проводити реакції в закритих герметичних апаратах, коли виконується умова сталості обсягу. У цьому випадку, відповідно до рівняння (2), тепловий ефект реакції зв'язується зі зміною внутрішньої енергії системи. При розгляді енергетичного балансу хімічних процесів в ізобарних умовах теплової ефект реакції визначається зміною ентальпії (рівняння 4), тобто різницею ентальпій кінцевого і початкового станів.

Пряма реакція йде зі зменшенням ентальпії і являє собою екзотермічний процес.

Теплота, що виділяється при утворенні речовини, дорівнює теплоті, що поглинається при розкладанні такого ж його кількості на вихідні складові частини.

Це положення розглядається як окремий випадок закону збереження матерії і енергії (закон Лавуазьє-Лапласа).

Більш глибоке узагальнення термохімічних закономірностей дає основний закон термохімії, сформульований Г.І.Гессом (1840): парниковий ефект хімічних реакцій, що протікають або при постійному тиску, або при постійному обсязі, не залежить від числа проміжних стадій, а визначається лише початковим або кінцевим станом системи.

Закон Гесса можна проілюструвати схемою:

На схемі освіту з'єднання АВ представлено двома шляхами: безпосереднім синтезом з компонентів (Н); через стадію утворення проміжного з'єднання АС (Н1), яке, реагуючи з В (Н2), дає той же кінцевий ефект. Відповідно до закону Гесса тепловий ефект прямого синтезу АВ дорівнює сумі теплових ефектів реакцій за участю проміжного продукту АС, тобто Н = Н1 + Н2. Із закону Гесса слід, що тепловий ефект реакції утворення одного моля сполуки з простих речовин в стандартному стані не залежить від способу його отримання.

У термодинаміки в якості стандартних умов приймається температура 25С 0 = 298К і тиск 1,013. 10 5 Па.

Теплота утворення сполук в цих умовах називаються стандартними теплотамі освіти (Н 0 f, 298) і наводяться в таблицях термодинамічних величин.

Приклад: розглянемо гідриди SP-елементів V групи.

Ентальпія освіти гідридів V А групи:

Освіта аміаку супроводжується екзотермічним ефектом

(Н <0). Гидриды фосфора, мышьяка и сурьмы образованы в результате эндотермической реакции ( Н>0); причому, величина ендотермічного ефекту збільшується в межах групи зверху вниз. Таким чином, газоподібний аміак є стійким з'єднанням, в той час як РН3 і АS H3 нестабільні, а SВ Н3 розкладається в момент отримання і теплота його утворення може бути обчислена тільки непрямим шляхом.