Энтальпия системы и ее изменение

Работу A можно разделить на работу расширения:

(2.3)

и другие виды работ A ¢ (полезная работа), кроме работы расши-рения:

A = A ¢ + р D V, (2.4)

где р – внешнее давление; D V – изменение объема (D V = V ₂ – V ₁); V ₂ – объем продуктов реакции; V ₁ – объем исходных веществ. Соответственно уравнение (2.2) при постоянном давлении примет вид:

Q _p = D U + A ¢ + р D V. (2.5)

Если на систему не действуют никакие другие силы, кроме постоянного давления, то есть при протекании химического процесса единственным видом работы является работа расширения, то A ¢ = 0. В этом случае уравнение (2.2) можно записать:

Q _p = D U + р D V. (2.6)

Подставив D U = U ₂ – U ₁, получим:

Q _p= U ₂ – U ₁+ рV ₂ + рV ₁ = (U ₂ + рV ₂) – (U ₁ + рV ₁). (2.7)

Характеристическая функция

U + рV = H (2.8)

называется энтальпией системы. Это одна из термодинамических функций, характеризующих систему, находящуюся при по-стоянном давлении. Подставив уравнение (2.8) в (2.7), получим:

Q_p = H ₂ – H ₁ = Δ _r Н, [кДж]. (2.9)

Как видно из уравнения (2.9), в случае изобарного процесса (р = соnst), теплота, подведенная к системе, равна изменению эн-тальпии системы. Таким образом, изменение энергии системы в изобарных процессах характеризуют через изменение энтальпии этих процессов Δ _r Н.

Изменение энергии системы при протекании в ней химической реакции при условии, что система не совершает никакой другой работы, кроме работы расширения, называется тепловым эффек-том химической реакции (энтальпией реакции). Изменение количества теплоты в ходе химической реакции равно по значению, но противоположно по знаку изменению энтальпии этой реакции:

Q = – Δ _r Н. (2.10)

Раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эф-фекты химических реакций, называется термохимией.

Термохимические уравнения – это химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции (Δ _r Н ⁰) и физическое состояние реагентов и продуктов.

Если в результате реакции теплота выделяется, то есть энтальпия системы понижается Δ _r Н ⁰ < 0, Q > 0), то реакция называется экзотермической. Реакция, протекающая с поглощением теплоты, то есть с повышением энтальпии системы (Δ _r Н ⁰ > 0, Q < 0), называется эндотермической.

Стандартной энтальпией (теплотой) образования Δ _f Н ⁰ химического соединения называется изменение энтальпии в процессе образования одного моль сложного вещества из простых веществ в стандартном состоянии (р = 100 кПа, Т = 298 К).