Внутренняя энергия системы, теплота и работа, энтальпия.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Совокупность всех видов энергии частиц в системе называется внутренней энергией системы (U). Она складывается из кинетической и потенциальной энергии всех ее частиц (атомов, молекул, ионов и др.), энергии химических связей и межмолекулярных взаимодействий, энергии электронов и атомных ядер и т.д.

Абсолютную величину внутренней энергии определить невозможно, можно найти только ее изменение при переходе системы из одного состояния в другое:

U 2 - U 1 = Δ U,

где U1 и U2 - значения внутренней энергии в начальном и конечном состояниях системы, ΔU - конечное изменение свойства системы.

Значение ΔU положительно (ΔU > 0), если внутренняя энергия системы возрастает.

ΔU°₂₉₈ для различных веществ приводятся в специальных таблицах термодинамических величин. Единицы измерения — кДж/моль. ° означает, что вещества находятся в стандартном состоянии (наиболее характерном для данного вещества в данных условиях), 298 - стандартная термодинамическая температура (при которой измерены табличные термодинамические величины).

Изменение внутренней энергии можно определить с помощью работы и теплоты, так как система может обмениваться с окружающей средой веществом или энергией в форме теплоты Q и работы А.

Теплота является формой передачи энергии путем столкновения молекул соприкасающихся тел, то есть путем теплообмена.

Теплообмен - микроскопическая, то есть неупорядоченная форма передачи энергии хаотически движущимися частицами. Направление передачи теплоты определяется температурой.

Теплота связана с процессом, а не с состоянием системы. Следовательно, теплота не является функцией состояния, она зависит от пути процесса.

Работа - макроскопическая форма передачи энергии. Для того чтобы система совершила работу, необходимо наличие внешних сил. Работа, совершаемая системой, обусловлена взаимодействием системы с внешней средой, в результате которого преодолеваются внешние силы, нарушившие равновесие в системе.

Работу, совершенную системой против внешних сил, принято считать положительной, а совершенную над системой - отрицательной.

Величина работы, как и количество теплоты, есть количественная характеристика энергии, переданной от одной системы к другой. Работа, как и теплота, связана с процессом и не является функцией состояния. Величина ее будет зависеть от вида процесса.

Величину теплоты и работы выражают в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж).

Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики.

Пусть к закрытой системе подведено количество теплоты Q.

Эта теплота идет в общем случае на увеличение энергии и на совершение системой работы.

Q = ΔU + А.

Это математическое выражение I закона термодинамики: теплота, подведенная к системе, затрачивается на увеличение ее внутренней энергии и совершение системой работы.

При химических процессах чаще всего происходит работа расширения

А = рΔ\/, где Δ\/  - изменение объема системы, р = конст.

Поэтому Q = ΔU + рΔ\/

Сумма ΔU + р\/   называется энтальпией системы (устаревший термин - «теплосодержание»). Она характеризует суммарный запас внутренней и внешней энергии системы. Энтальпия - это функция состояния системы.

Н = Δ U + p Δ V

Стандартная энтальпия образования вещества ΔН^o₂₉₈ – тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, находящихся в устойчивых стандартных состояниях, при стандартных условиях.

 Значения стандартных теплот образования - табличные величины, единицы измерения — кДж/моль.

Из определения следует, что теплоты образования простых веществ равны нулю.

Раздел химической термодинамики, посвященный исследованиям тепловых эффектов химических реакций, теплот фазовых переходов, теплот растворения веществ, разбавления растворов и т. п., называется термохимией.

ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ РЕАКЦИИ

Так как на разрушение связей энергия затрачивается, а при образовании связей - выделяется, и оба эти процесса энергетически неравноценны, то любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением теплоты - тепловым эффектом.

Например: С(т) + О₂(г) = СО₂ (г) + 394 кДж/моль, т.е, при сгорании 1 моль углерода выделяется 394 кДж энергии.

Уравнения реакций, в которых, помимо исходных веществ и продуктов реакции, указывается ее тепловой эффект, а также агрегатные состояния веществ, называются термохимическими.

Тепловой эффект реакции - это количество выделенного или поглощенного в ходе реакции тепла, отнесенное к 1 молю вещества, при условии, что температура постоянна и равна 298 К, а система не совершает никакой работы, кроме работы расширения.

Тепловой эффект измеряется в Дж (кДж) или килокалориях (1 ккал = 4,184 кДж).

Если в ходе реакции теплота выделяется, реакция называется экзотермической (Q > 0), если поглощается - эндотермической (Q < 0).

Тепловой эффект считают положительным для эндотермических процессов (ΔH > 0, теплота поглощается) и отрицательным для экзотермических процессов (ΔH < 0, теплота выделяется).

Основной закон термохимии - закон Гесса:

- тепловой эффект реакции не зависит от пути протекания химического процесса, т.е. от числа и характера промежуточных стадий, а только от начального и конечного состояний веществ.

Следствия из закона Гесса:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции: Q _пр.= - Q_обр ( закон Лавуазье - Лапласа ).

Это означает, что при образовании любого соединения выделяется (поглощается) столько же энергии, сколько поглощается (выделяется) при его распаде на исходные вещества.

 Например: горение водорода в кислороде

2 Н₂(г) + 0₂(г) —›2 Н₂О(ж) + 572 кДж

 Разложение воды электрическим током:

2 Н₂О(ж) —›2 Н₂(г) + О₂(г) - 572 кДж

2. Тепловой эффект реакции равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

аА + вВ           сС + dD

исходные          продукты

вещества

    Решение задач осуществляется, используя алгоритм:

1) выписать уравнение;

2) выписать количество вещества = стехиометрическим коэффициентам под соответствующим компонентом;

3) выписать значение ΔН^o₂₉₈ из таблицы;

4) рассчитать ΔН_х.р

С помощью закона Гесса можно определить величины тепловых эффектов, которые невозможно определить экспериментально.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте