Тепловий ефект хімічної реакції
Тепловий ефект хімічної реакції або зміна ентальпії системи внаслідок протікання хімічної реакції - віднесене до зміни хімічної змінної кількість теплоти, отримане системою, в якій пройшла хімічна реакція і продукти реакції взяли температуру реагентів.
Щоб тепловий ефект був величиною, яка тільки від характеру протікає хімічної реакції, слід дотримуватись таких умов:
- Реакція повинна протікати або при постійному об'ємі Q v (Ізохоричний процес), або при постійному тиску Q p (ізобарний процес).
- У системі не відбувається ніякої роботи, крім можливої при P = const роботи розширення.
Якщо реакцію проводять при стандартних умовах при Т = 298,15 К = 25 ˚С і Р = 1 атм = 101325 Па, тепловий ефект називають стандартним тепловим ефектом реакції або стандартної ентальпії реакції ΔH rO. У термохіміі стандартний тепловий ефект реакції розраховують за допомогою стандартних ентальпій утворення.
Ендотермічна реакції (від грец. Ἔνδον - всередині і θέρμη - тепло) - хімічні реакції, що супроводжуються поглинанням теплоти. Для ендотермічних реакцій зміна ентальпії і внутрішньої енергії мають позитивні значення (,), таким чином, продукти реакції містять більше енергії, ніж вихідні компоненти.
До ендотермічним реакцій відносяться:
Загальна кількість енергії в хімічній системі надзвичайно важко виміряти або підрахувати. З іншого боку, зміна ентальпії ΔH в хімічній реакції набагато легше виміряти або порахувати. Для цих цілей використовують калориметри. Виміряне значення ΔH співвідноситься сенергіей зв'язку молекул в такий спосіб:
ΔH = енергія. витрачена на розрив зв'язків - енергія, виділена при утворенні зв'язків продуктів реакції.
Для екзотермічніреакцій ця формула дає від'ємне значення для ΔH, так як більше значення віднімається з меншого значення. При згорянні водню. наприклад:
зміна ентальпії одно ΔH = -483.6 кДж на один моль O 2.
Ендотермічна реакції протилежні екзотермічних реакцій.
Одиниця ентальпії утворення речовини в СІ - джоуль на моль (Дж / моль), в хімії використовується більш зручна кратна одиниця - кілоджоуль на моль (кДж / моль).
Приклад. Ентальпія освіти газоподібного діоксиду вуглецю дорівнює ΔH ° 298 (CO2) = -393 кДж / моль:
С (т) + O2 (г) = CO2 (г); ΔH ° = -393 кДж
тобто при утворенні 1 моль CO2 по цій реакції виділиться в зовнішнє середовище теплота, що дорівнює 393 кДж.
при утворенні 1 моль N2O5 в цій реакції із зовнішнього середовища в систему передається теплота, що дорівнює 11 кДж: ΔH ° (N2O5) = +22 кДж ÷ 2 моль = +11 кДж / моль.
Ентальпія утворення простих речовин прийнята рівною нулю. причому нульове значення ентальпії утворення простої речовини приписується одному, точно певного стану цієї речовини, званого базовим (еталонним станом).
Тепловий ефект реакції-теплота, яка супроводжує цю реак-цію і віднесена до певної кількості речовини. Величина теплового ефекту реакції залежить від умов її проведення і стану речовин. що вступають в реакцію (реагентів), і речовин, що утворюються в результаті реакції (продуктів реакції).
Вперше основна властивість теплових ефектів реакції, що проводяться при постійному обсязі або при постійному тиску, було сформульовано в 1840 р Г.І. Гессом.
^ Закон Гесса стверджує: парниковий ефект реакції не залежить від проміжних стадій, а визначається лише початковими і кінцевими станами ве-вин, якщо єдиною роботою є робота розширення, і обсяг (або тиск) в ході реакції залишається незмінним. Таким чином, якщо можливо проведення реакцій декількома спо-собами, то при збігу станів реагентів і продуктів реакції тепло-вої ефект її повинен бути одним і тим же.
Із закону Гесса випливають два найважливіших слідства:
1) тепловий ефект реакції дорівнює сумі теплот утворення простих речовин продуктів реакції за вирахуванням суми теплот об-РАЗОВАНІЕ з простих речовин вихідних з'єднанні;
2) тепловий ефект реакції дорівнює сумі тепла згоряння результат-них з'єднанні за вирахуванням суми теплот згоряння продуктів реакції.
(Далі можна навести приклад як з використанням закону Гесса обчислити тепловий ефект якоїсь реакції).
Формулу розрахунку теплових ефектів реакцій за першим слідству із закону Гесса можна представити таким чином:
Загальна формула для розрахунку теплових ефектів по другому причинами-вию із закону Гесса має такий вигляд
Другий наслідок із закону Гесса найбільш широко використовується для розрахунку теплових реакцій за участю органічних сполук, так як зна-ве легше визначати їх теплоти згорання в кисні, ніж теплоти освіти з елементів.