Термодинамические характеристики хим-их реакций

При проектировании ХТП важное место занимают термодинам-ие расчеты. Они позволяют сделать заключение о принципиальной возможности данного хим-го превращения, предварительно выбрать условия проведения процесса, определить равновесный состав продуктов, рассчитав теоретически-достижимые степени превращения исходных в-в и выхода продуктов, а также энергетические затраты, необходимые для составления для энергетич-го баланса и определения энергетич-их затрат.

Вначале превращения система находится в некотором заданном исходном состоянии, после превращения переходит в новое для нее конечное состояние. Хим-ое превращение наз-ся процессом. Все эти изменения сопровождаются энергетическими изменениями. В частности выделением или поглощением теплоты.

Термодинам-ая система находится в равновесии, если ее состав и св-ва не претерпевают видимых изменений при постоянных внешних условиях в течении неограниченного времени.

Рассмотрим термодинам-ие характер-ки:

1)энтальпия р-ии

Протекание хим-ой р-ии сопровождается изменением энергии системы; абсолютное значение энергии не может быть определно, т.к. нельзя привести систему в состояние лишенное энергии, но изменение энергии в результате протекания процесса можно определить начиная отсчет от любого состояния системы условно присвоив его энергию равную 0. В общем случае энергия складывается из кинетической энергии движения системы в целом потенц-ая энергия обусловленной положением системы в каком-либо внешнем поле и внутренняя энергия.

В хим-ой термодинамике рассматривают неподвижные системы в остутствии внешнего поля, тогда полная энергия системы равна внутренней, и тогда теплота сообщенная системе идет на изменение внутренней энергии:

∆U=U₂-U₁

Где U₂ и U₁ – внутренняя энергия исходной и конечной системы соответственно. Теплота также идет на преодоление сопротивлений, препятствующих изменению состояния системы, т.е. на совершение работы:

Q=∆U+A

Если на систему действует только постоянное внешнее давление, то для бесконечно-малого изменения состояния ур-е имеет вид:

δQ=dU+δA=dU+PdV

где δQ – бесконечно-малое кол-во теплоты.

dU – полный дифференциал внутренней энергии системы.

δA-бесконечно-малое количество работы.

Хим-ое превращение чаще всего происходит при постоянном объеме, тогда ур-е:

δQ_P=d(U+P_V)

после интегрирования от U₁ до U₂ и от V₁ до V₂ получаем следующее ур-ие:

Q_P=U₂-U₁+PV₂-PV₁

Q_P=(U₂+PV₂)-(U₁+PV₁)

Где U+PV=Н – энтальпия р-ии.

И следова-но теплота р-ии равна изменению энтальпии:

Q_P=H₂-H₁=∆H

И отсюда вытекает закон Гесса:изменение энтальпии р-ии относится к системе и опр-ся ее начальным и конечным состояниями. Из закона Гесса вытекает следующие положения:

1)теплота образования соединения из исходных в-в не зависит от способа получения этого соединения

2)теплота разложения соединения до определенных исходных в-в равна и противоположна по знаку теплоте образования соединения этих в-в

3)если из 2-х разных систем в результате различных процессов образуются одинаковые продукты, то разность между теплотами этих процессов равна теплоте перехода первой системы в другую

При термодинам-их расчетах необходимо все данные относить к одинаковым стандартным условиям в которой все продукты находятся в термодинам-их устойчивых состояниях, т.е. это давление 0,1 МПа и температура 298К. энтальпию хим-ой р-ии можно определить по теплотам образования, участвующих в ней простых в-в:

2)энтропия р-ии. Она характеризует направление процесса, это однозначная непрерывная и конечная функция состояния системы; следов-но ее изменения не зависит от пути агрегатного перехода, а опред-ся только начальным и конечным состоянием системы.

∆S=S₂-S₁=

По знаку изменения энтропии процессы делятся на полож-ые(самопроизвольные) и отриц-ые(несамопроизвольные), т.е. зная знак ∆S можно говорить о направлении процесса. Самопроизвольные процессы происходят без затраты энергии извне(расширение газа, смешивание газа или уменьшение давления).

3)энергия Гиббса. Это однозначная непрерывная и конечная функция состояния системы, изменение которой не зависит от пути перехода, а опред-ся начальным и конечным состояниями.