Энергетика химических процессов. Закон Гесса. Понятие об энтропии энтальпии. Энергия Гиббса и её изменение при химических процессах.

Химические реакции протекают с выделением или с поглащением энергии. Обычно эта энергия выделяется или поглащается в виде теплоты. Реакции, протекающие с выделением энергии, называют экзотермическими, а реакции, при которых энергия поглащается, - энедотермическими.

В конце 18 века было установлено, что если при образовании какого-либо соединения выделяется (или поглащается) некоторое количество теплоты, то при разложении этого соединения в тех же условиях такое же количество теплоты поглащается (или выделяется).

Результаты термохимических измерений - тепловые эффекты реакций - принято относить к одному молю образующегося вещества. Количество теплоты, которое выделяется при образовании моля соединения из простых веществ, называется теплотой образования данного соединения.

Тепловые эффекты можно включить в уравнения реакций. Химические уравнения, в которых указано количество выдкляющейся или поглащаемой теплоты, называютсятермохимическими уравнениями. Подобно обычным уравнениям химических реакций, термохимические уравнения можно складывать.

Важнейшей характеристикой веществ, применяемых в качестве топлива, является их теплота сгорания. Эту величину также принято относить к одному молю вещества.

Величина теплового эффекта зависит от природы реагирующих веществ и продуктов реакции, их агрегатного состояния и температуры.

Основной принцип, на котором основываются все термохимические расчёты, установлен в 1840 году русским химиком академиком Г.И.Гессом. Этот принцип, известный под названием закона Гесса и являющийся частным случаем закона сохранения энергии, можно сформулировать так: тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния вещества и не зависит от промежуточных стадий процесса. Следствием закона Гесса является то, что тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования получающихся веществ за вычетом суммы теплот образования исходных веществ.

Энтальпия - это теплосодержание системы - это сумма внутренней энергии и работы против сил внешнего давления. В случае химической реакции изменение энтальпии равно взятому с обратным знаком тепловому эффекту реакции, проведённой прои постоянной тепературе и давлении.

Энтропия - это мера неупорядоченности, мера беспорядка системы. Энтропия связана с термодинамической вероятностью выражением: S=RlgW. Наименьшую энтропию имеют идеально правильно построенные кристаллы при абсолютном нуле. С повышением температуры энтропия всегда возрастает. Она также возрастает при превращении вещества из кристаллического состояния в жидкое и, в особенности, при переходе их жидкого состояния в газообразное. Подобно внутренней энергии и энтальпии, энтропия зависит только от состояния системы, но связь изменения энтропии с теплотой зависит от скорости процесса.

Бесконечно медленный процесс азывается термодинамически обратным или обратным. Если процесс протекает при постоянной температуре и обратимо, то изменение энтропии связано с поглощаемой теплотой уравнением: . С помощью этого уравнения можно определить например изменение энетропии при плавлении и кипении веществ.

Для изотермических реакций, протекающих при постоянном давлении, функцией, отражающей влияние на направление и возможность самопроизвольного протекания реакций, является энергия Гиббса G, называемая также изобарно-изотермическим потенциалом. Энергия Гиббса связана с энтальпией, энтропией и температурой соотношением: G=H-TS. Если реакция осуществляется при постоянных давлении и теипературе, то изменение энергии Гиббса при реакции будет равно: . В таких условиях реакции протекают самопроизвольно в сторону уменьшения энергии Гиббса. Если температура низкая, то вторым слагаемым можно пренебречь, т.е. преоюладает энтальпийный фактор. При высокой температуре преобладает энтропийный фактор. Чем больше возрастание энергии и уменьшение энтальпии самопроизвольной реакции, тем полнее она может протекать в прямом направлении. При низких температурах самопроизвольно протекают экзотермические реакции ( Н<0), а при высоких - эндотермичесие ( S>0).