- •Курсовая работа по основам физической химии на тему: « Термохимия и химическая термодинамика»
- •Теоретические сведения.
- •Основные понятия
- •Первый закон термодинамики
- •Второй закон термодинамики
- •Третий закон термодинамики
- •Закон Гесса
- •Закон Кирхгофа
- •Энтальпия
- •Энтропия
- •Термодинамические потенциалы. Свободная энергия Гиббса и Гельмгольца.
- •Константа равновесия
- •Расчетное задание
- •Результаты расчета
- •Расчет параметра .
Третий закон термодинамики
На основании обобщения экспериментальных исследований свойств различных веществ при сверхнизких температурах был установлен закон, устранивший указанную трудность и получивший название принципа Нернста или третьего закона термодинамики. В формулировке Нернста он гласит: в любом изотермическом процессе, проведенном при абсолютном нуле температуры, изменение энтропии системы равно нулю, т. е.
DS (T=0) = 0, S = S0 = const, независимо от изменения любых других параметров состояния (например, объема, давления, напряженности внешнего силового поля и т. д.).
Основными положения тепловой теоремы Нернста:
При абсолютном нуле температуры свободная энергия равна теплоте процесса.
При температурах, близких к абсолютному нулю, теплоемкость системы равна нулю.
Одной из формулировок третьего начала термодинамики является также постулат Планка:
Энтропия идеального кристалла при абсолютном нуле температуры равна нулю.
Закон Гесса
Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути ее протекания:
Следствия из закона Гесса:
Энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий образования конечных и начальных участников реакций с учетом их стехиометрических коэффициентов.
Энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий сгорания начальных и конечных реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов.
3. Энтальпия реакции равна разности сумм энергий связей Eсв исходных и конечных реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов.
В ходе химической реакции энергия затрачивается на разрушение связей в исходных веществах (ΣEисх) и выделяется при образовании продуктов реакции (–ΣEпрод). Отсюда
Следовательно, экзотермический эффект реакции свидетельствует о том, что образуются соединения с более прочными связями, чем исходные. В случае эндотермической реакции, наоборот, прочнее исходные вещества.
При определении энтальпии реакции по энергиям связей уравнение реакции пишут с помощью структурных формул для удобства определения числа и характера связей.
4. Энтальпия реакции образования вещества равна энтальпии реакции разложения его до исходных веществ с обратным знаком.
5. Энтальпия гидратации равна разности энтальпий растворения безводной соли и кристаллогидрата
Из вышесказанного видно, что закон Гесса позволяет обращаться с термохимическими уравнениями как с алгебраическими, т. е. складывать и вычитать их, если термодинамические функции относятся к одинаковым условиям.
Закон Кирхгофа
Закон Кирхгофа гласит, что температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции. Уравнение Кирхгофа, являющееся следствием этого закона используется для расчёта тепловых эффектов при разных температурах.
Дифференциальная форма закона:
Интегральная форма закона:
где и — изобарная и изохорная теплоёмкости, — разность изобарных
теплоёмкостей продуктов реакции и исходных веществ, — разность изохорных
теплоёмкостей продуктов реакции и исходных веществ, а и — соответствующие тепловые эффекты.
Теплоемкость-количество теплоты, необходимое для повышения температуры вещества на 1 градус.
Истинная теплоемкость- количество теплоты(бесконечно малое), которое необходимо для бесконечно малого изменения температуры.
Если разница невелика, то можно принять и , соответственно интегральная форма уравнений примет следующий вид:
При большой разнице температур необходимо учитывать температурные зависимости теплоёмкостей: и
Для практических расчетов теплоемкость выражают в виде зависимости степенного ряда от температуры:
∆Cp=∆a+∆bT+∆cT2+∆c’T-2