Вопрос 2. Химические реакции протекают с выделением или с поглощением энергии. Обычно эта энергия выделяется или поглощается в виде теплоты.

Выделение теплоты при взаимодействии различных веществ заставляет признать, что эти вещества ещё до реакции в скрытой форме обладали определённой энергией. Такая форма энергии называется внутренней энергией вещества.

При химических реакциях освобождается часть содержащейся в веществах энергии. Измеряя количество теплоты, выделяющееся при реакции (так называемый эффект реакции), мы можем судить об изменении этого запаса.

При некоторых реакциях наблюдается выделение или поглощение лучистой энергии. Обычно в тех случаях, когда при реакции выделяется свет, внутренняя энергия превращается в излучение не непосредственно, а через теплоту. Но известны процессы, в ходе которых внутренняя энергия превращается в лучистую непосредственно. Эти процессы носят название холодного свечения или люминесценции.

При реакциях, протекающих со взрывом, внутренняя энергия превращается в механическую – частью непосредственно, частью переходя сперва в теплоту.

Итак, при химических реакциях происходит взаимопревращение внутренней энергии, с одной стороны, и тепловой, лучистой, электрической энергии с другой.

Реакции, протекающие с выделением энергии, называют экзотермическими.

Реакции, в ходе которых энергия поглощается, называются эндотермическими.

В результате экзотермической реакции Q>0 (тепло выделяется). Согласно

ΔH=ΔU+pΔV, ΔH<0 (энтальпия убывает), т.е. ΔU<0 (внутренняя энергия уменьшается).

В результате эндотермической реакции Q<0 (тепло поглощается), согласно

ΔH= ΔU+p ΔV, ΔH>0 (энтальпия возрастает), т.е. ΔU>0 (внутренняя энергия увеличивается).

В конце XVIII века было установлено, что если при образовании какого-либо соединения выделяется (или поглощается) некоторое количество теплоты, то при разложении этого соединения в тех же условиях такое же количество теплоты поглощается (или выделяется). Этот закон носит название закона Лавуазье-Лапласа, и он вытекает из закона сохранения энергии.

Результаты термодинамических измерений – тепловые эффекты реакций принято относить к одному молю образующегося вещества: количество теплоты, которое выделяется при образовании одного моля соединения из простых веществ, называется теплотой образования данного соединения. Тепловые эффекты можно включать в уравнения реакций. Химические уравнения, в которых указано количество выделяющейся или поглощаемой теплоты, называются термохимическими уравнениями. Величина теплового эффекта (ΔH) указывается обычно в правой части уравнения со знаком плюс, если реакция экзотермическая и со знаком минус, если она эндотермическая.

Основной принцип, на котором основываются се термодинамические расчёты, установлен в 1840 г русским химиком Г.И. Гесса. Этот принцип известен под названием закона Гесса:

Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния вещества и не зависит от промежуточных состояний процесса.

Для расчётов химических реакций используют следствие закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования получающихся веществ за вычетом суммы теплот образования исходных веществ.

Это можно записать следующим образом:

nA+mB=kC+dD ΔHxp-?

- энтальпия конечных веществ.

- энтальпия начальных веществ.

.

N, m, c, d – стехиометрические коэффициенты. Тепловой эффект стехиометрически связан с коэффициентами.