Основные понятия химической термодинамики

Химическая реакция – процесс превращения исходных веществ в продукты реакции, сопровождающийся разрывом связей в исходных веществах и образованием связей в продуктах реакции.
Процесс разрыва связи – эндотермический;
Процесс образования связи – экзотермический;
Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света или работы расширения образовавшихся газов
Энергетика химических превращений
Физико-химические закономерности протекания химических реакций

Химическая термодинамика
изучает
позволяет определить
превращение энергии
в ходе химических реакций и физико-химических процессов:
растворение,
диссоциация,
изменение агрегатного состояния,
…
возможность осуществления данного процесса;
направление изменений в данной системе;
предел изменений
в данной системе

Основные понятия химической термодинамики
Энергия (Е) – мера взаимодействия и движения материальных систем
Система (термодинамическая система) − тело или группа тел, отделенных от окружающей среды реальной или воображаемой (гипотетической) поверхностью раздела
Полная энергия системы (Е) – сумма кинетической (ЕК) и потенциальной энергии (ЕП) системы как целого и внутренней энергии системы (U)
E = ЕК + ЕП + U
Макроскопические характеристики или параметры,
используемые для описания состояния системы:
T – абсолютная температура (К);
р – давление (Па или кПа);
V – объем (м3);
m – масса (кг);
…

Основные понятия химической термодинамики
Формы передачи энергии от одной системы к другой
Процесс − переход системы из одного состояния в другое
Различают процессы:
1) T = const (изотермический);
2) р = const (изобарный);
3) V = const (изобарный)
Неупорядоченная
Упорядоченная
Теплота (Q)
Работа (А)

В зависимости от способности системы
к обмену с окружающей средой энергией или веществом различают:
виды термодинамических систем
В изолированной термодинамической системе запас внутренней энергии постоянен, ⇒ ΔU = 0

Основные понятия химической термодинамики
Внутренняя энергия системы (U) – общий запас энергии системы, равный сумме кинетической энергии движения частиц (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), составляющих систему, и потенциальной энергии взаимодействия указанных частиц.
Первое начало термодинамики:
Q = A + ΔU
Теплота (Q), которая поглощается или выделяется системой, равна сумме изменения внутренней энергии системы (ΔU) и работы (А), которая совершается системой или над системой.

Основные понятия химической термодинамики
Процесс − переход системы из одного состояния
в другое

Основные понятия химической термодинамики
Состояние 1 Состояние 2
U1 U2
ΔU = U2 − U1
р = const (изобарный) ⇨ р2 = р1
Qр − тепловой эффект изобарного процесса или реакции
Qр = A + ΔU
А = р ∙ V2 − р ∙ V1 = р ∙ ΔV ≠ 0
(система имеет возможность изменять свой объем)
Qр = р ∙ ΔV + ΔU = (р ∙ V2 − р ∙ V1) + (U2 − U1) =
= (р ∙ V2 + U2) − (р ∙ V1 + U1) = Н2 − Н1 = ΔН
Введение термодинамической функции − энтальпия или теплосодержание системы
Н = р ∙ V + U
Qр = ΔН

Экзотермические реакции сопровождаются понижением энтальпии системы, ΔН < 0
Эндотермические реакции сопровождаются повышением энтальпии системы, ΔН > 0
Н
Н
Ход реакции
Ход реакции
Энтальпийные диаграммы экзотермической и эндотермической реакции
Δ Н < 0
Δ Н > 0
исходные
вещества
исходные
вещества
продукты
реакции
продукты
реакции

Основные понятия химической термодинамики
Состояние 1 Состояние 2
U1 U2
ΔU = U2 − U1
V = const (изохорный)
QV − тепловой эффект изохорного процесса или реакции
QV = A + ΔU
Так как ΔV = 0, ⇒ А = р ∙ ΔV = 0
QV = ΔU

ИЮПАК, 1982 год
Стандартное давление р = 100000 Па = 100 кПа = 1 бар
(для газов, жидкостей и твёрдых тел);
Стандартная температура Т= 273 К (tº = 0°С = 32°F) (для газов);
Стандартная молярность СМ = 1 моль/л (для растворов);
Ионное произведение дистиллированной воды
КW = 1,0 × 10−14 моль²/л²
Нормальные условия
Стандартные условия
p = 101325 Па = 101,325 кПа =
= 1 атм = 760 мм рт. ст.
T = 273 K (t°C = 0°C)
p = 100000 Па = 100 кПа = 1 бар
T = 298 K (t°C = 25°C)
Стандартные условия − значения температуры и давления, с которыми соотносятся значения других физических величин, зависящих от давления и температуры
Термодинамика
Стандартное состояние − состояние наиболее стабильной формы вещества (газ, жидкость или твёрдое тело)
Стандартные значения термодинамических величин обозначают нулем в верхнем индексе

Расчет энтальпии реакции.
Закон Гесса и следствия из него.