Закони термохімії

Незалежність теплоти хімічної реакції від шляху процесу при р = const і Т = const була висловлена в першій половині ХІХ століття Г.І.Гессом: Тепловий ефект хімічної реакції не залежить від шляху її протікання, а залежить тільки від природи і фізичного стану вихідних речовин і продуктів реакції. Закон Гесса справедливий для процесів, які протікають в ізобарно-ізотермічних або ізохорно-ізотермічних умовах при умові, що єдиним видом роботи є робота проти сил зовнішнього тиску.

Розділ хімічної термодинаміки, що вивчає теплові ефекти реакцій, називається термохімією. Якщо теплота підводиться до системи (Q_Т  0), реакцію називають ендотермічною, якщо ж теплота виділяється в навколишнє середовище (Q_Т  0), реакцію називають екзотермічною.

Термохімічні рівняння реакцій

Рівняння хімічних реакцій, в яких наведені їх теплові ефекти і агрегатний стан речовин, що приймають участь в реакціях, називаються термохімічними рівняннями. В термохімії використовують дві форми запису термохімічних рівнянь:

1. коли теплота реакції вказується в правій частині термохімічного рівняння, наприклад, С₆Н_6(р)+7 О₂ = 6СО₂+3Н₂О_(р)+3267,7 кДж; тоді при Q  0 – екзотермічна реакція; при Q  0 – ендотермічна реакція;

2. коли тепловий ефект реакції записують у вигляді зміни ентальпії Н, наприклад, 2С₆Н_6(р)+15О₂ = 12СО₂+6Н₂О_(р) Н = –6535,4 кДж; тоді при Н  0 – реакція екзотермічна; при Н  0 – реакція ендотермічна.

Щоб тепловий ефект реакції був віднесений до кількості 1 моль однієї з вихідних речовин або продуктів реакції, в термохімічних рівняннях допускається використання дробових коефіцієнтів. Ентальпією (теплотою) утворення хімічної сполуки Н_Т називається зміна ентальпії в процесі одержання одного моля цієї сполуки з простих речовин, стійких при даній температурі.

Стандартний стан речовини

Стандартним станом газоподібної речовини при даній температурі є стан газу, тиск якого рівний 101 кПа, при умові, що газ має властивості, характерні для нього при тій же температурі і нескінчено малому тиску.

Стандартним станом розчиненої речовини при даній температурі буде його стан, що відповідає концентрації 1 моль/л, при умові, що розчин має властивості, якими він володів би при тій же температурі і нескінчено великому розведенні.

Стандартною ентальпією (теплотою) утворення хімічної сполуки називають зміну ентальпії в процесі утворення одного моля цієї сполуки з простих речовин, що знаходяться в стандартних станах і термодинамічно стійкі при даній температурі. Стандартні ентальпії утворення простих речовин приймають рівними нулю.

Термохімічні розрахунки

В основі більшості термохімічних розрахунків лежить наслідок із закону Гесса – тепловий ефект хімічної реакції дорівнює сумі теплот (ентальпій) утворення продуктів реакції мінус сума теплот (ентальпій) утворення вихідних речовин. При проведенні розрахунків необхідно враховувати стехіометричні коефіцієнти в рівняннях реакцій. Так, для реакції aА+bB = cC+dD Н = (cН_утв.(С) +dН_утв.(D))–(аН_утв.(А)+bН_утв.(В))