2.1.2. Перший закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки (закон збереження енергії) – в ізольованій системі сума всіх видів енергій є величиною постійною, тобто при перебігу процесу в ході взаємоперетворень енергія нікуди не зникає і не утворюється з нічого, вона лише переходе з однієї форми і іншу в строго еквівалентній кількості..

Математично перший закон термодинаміки формулюється так: теплота, яка прикладається до системи, витрачається на збільшення внутрішньої енергії та виконання роботи. Його можна записати у вигляді:

або .

Якщо при перебігу термодинамічного процесу єдиною роботою є робота розширення, тоді рівняння приймає вигляд: або

В залежності від умов перебігу процесів, вони діляться на:

Ізохорний процес , тоді:

Ізобарний процес , тоді ,

де Н- ентальпія процесу.

Ізотермічний процес , тоді , Q=W.

Адіабатичний процес, тоді

2.1.3. Закон Геса

Тепловий ефект реакції – це максимальна кількість теплоти, яке супроводжує реакцію (поглинається або виділяється), віднесена до 1 молю речовини, при умовах, що

- реакція відбувається необоротно при постійному тиску чи об'ємі;

- в системі не здійснюється ніякої роботи крім роботи розширення ( );

- вихідні речовини і продукти реакції мають однакову температуру.

Закон Геса - тепловий ефект реакції не залежить від шляху проведення процесу (проміжних стадій), а залежить тільки від початкового та кінцевого стану системи.

Теплота утворення ( ) – тепловий ефект реакції утворення одного моля хімічної сполуки з простих речовин при певних умовах (Р,Т).

Теплота згоряння ( )- тепловий ефект реакції згоряння одного моля речовини до найвищих оксидів при певних умовах (Р,Т). Як продукти згоряння елементів С, Н, N, S, Cl приймаються CO₂(г), H₂O(г), N₂(г), SO₂(г), HCl(г).

Якщо вихідні речовини і продукти реакції знаходяться у стандартному стані (Р=1,013 105 Па, Т=298,15⁰К), то теплоти утворення і згоряння називають стандартними та позначують як та . Їх значення наведені в довіднику фізико-хімічних величин.

Слідства із закону Геса:

1. Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот згоряння вихідних речовин та сумою теплот згоряння продуктів реакції (з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів).

За стандартних умов:

2. Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот утворення продуктів реакції та сумою теплот утворення вихідних речовин (з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів).

За стандартних умов:

2.1.4. Теплоємність

Середня теплоємність дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати одиниці маси речовини для нагрівання її на градус: .

Справжньою теплоємністю (С) називають відношення нескінченно малої кількості теплоти, яку необхідно передати одиниці маси речовини до нескінченно малого приросту температури, яке при цьому спостерігається:

Питома теплоємність відноситься до 1 кг речовини, а молярна теплоємність – до одного моля речовини.

Теплота, яка поглинається системою при постійному об'ємі, витрачається на збільшення внутрішньої енергії (якщо відсутні інші види робіт), а при постійному тиску – на збільшення ентальпії (при відсутності всіх інших видів робіт, крім роботи розширення). Тож: ;

Залежність теплоємності від температури передається таким рівнянням:

,

де а, в, с, с^/ - емпіричні коефіцієнти.