8.2. Закон Гесса

Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Следствие: тепловой эффект реакции равен сумме теплот (энтальпий) образования продуктов за вычетом суммы теплот (энтальпий) образования исходных веществ с учётом стехиометрических коэффициентов.

Например, для реакции:

aA + bB = cC + dD тепловой эффект равен

Δ_rH⁰₂₉₈ = [cΔ_fH⁰₂₉₈(C) + dΔ_fH⁰₂₉₈(D)] – [aΔ_fH⁰₂₉₈(A) + bΔ_fH⁰₂₉₈(B)]

Термохимия – раздел химии, посвященный количественному изучению тепловых эффектов реакций.

Термохимические уравнения – химические уравнения реакций, в которых указано изменение энтальпии.

Например, СО_(г) + 0,5О_2(г) = СО_2(г), Δ_rH⁰₂₉₈ = –283,0 кДж

При записи термохимических уравнений указывается агрегатное состояние веществ, а также допускается запись дробных коэффициентов.

Энтропия (S) – понятие, характеризующие возможные состояния вещества. Любому макросостоянию вещества отвечает большое разнообразие микросостояний. Это обусловлено тем, что частицы вещества – ионы, атомы, молекулы совершают непрерывные колебательные движения, переходя каждый раз из одного микросостояния в другое. Чем больше отдельных микросостояний, тем больше беспорядок системы. Мерой беспорядочности и является энтропия:

S = R·ln(W)

где R – газовая постоянная;

W – вероятность макросостояния.

Энтропию относят к 1 моль вещества и обозначают в стандартных условиях – S⁰₂₉₈.

Энтропия веществ измеряется в Дж/моль·К.

Энтропия реакции Δ_rS⁰ равна разности между суммой энтропий продуктов реакции и суммой энтропий исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Например, для реакции: aA + bB = cC + dD

Δ_rS⁰₂₉₈ = [cS⁰₂₉₈(C) + dS⁰₂₉₈(D)] – [aS⁰₂₉₈(A) + bS⁰₂₉₈(B)]

Химическое сродство или движущая сила химической реакции определяется изменением свободной энергии системы, т.е. энергией Гиббса Δ_rG, а в стандартных условиях – стандартной энергией Гиббса Δ_rG⁰₂₉₈. При вычислении стандартных изменений энергии Гиббса реакций используют стандартные энергии Гиббса образования веществ Δ_fG⁰₂₉₈.

Например, для реакции: aA + bB = cC + dD

Δ_rG⁰₂₉₈ = [cΔ_fG⁰₂₉₈(C) + dΔ_fG⁰₂₉₈(D)] – [aΔ_fG⁰₂₉₈(A) + bΔ_fG⁰₂₉₈(B)]

Энергия Гиббса образования Δ_fG⁰₂₉₈ соединения измеряется в кДж/моль, а энергия Гиббса реакции Δ_rG⁰₂₉₈ в кДж.

Э

Δ_rG⁰₂₉₈ = Δ_rН⁰₂₉₈– Т·Δ_rS⁰₂₉₈

где Т – абсолютная температура.

Возможность протекания реакции

При постоянных значениях давления (Р), температуры (Т) в стандартных условиях самопроизвольно протекают такие реакции, для которых Δ_rG⁰₂₉₈ < 0. Чем меньше алгебраическая сумма Δ_rG⁰₂₉₈ реакции, тем больше ее движущая сила. В ходе реакции Δ_rG⁰₂₉₈ увеличивается и при Δ_rG⁰₂₉₈ = 0 в системе устанавливается состояние равновесия. Если Δ_rG⁰₂₉₈ > 0, то реакция не может идти без затрат энергии извне, а при Δ_rG⁰₂₉₈ >> 0 реакция термодинамически невозможна.

Термодинамические функции образования простых веществ и элементов Δ_fG⁰₂₉₈ и Δ_fH⁰₂₉₈ в стандартных состояниях равны нулю.

Значения стандартной энергии Гиббса образования соединений Δ_fG⁰₂₉₈, энтальпии образования соединений Δ_fH⁰₂₉₈ и энтропии простых веществ и соединений стандартны и приведены в таблице в Приложении К.