Тепловой эффект химической реакции

ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ РЕАКЦИИ, теплота, выделенная или поглощенная термодинамич. системой при протекании в ней хим. р-ции. Определяется при условии, что система не совершает никакой работы (кроме возможной работы расширения), а т-ры реагентов и продуктов равны. Поскольку теплота не является ф-цией состояния, т.е. при переходе между состояниями зависит от пути перехода, то в общем случае Т. э. р. не может служить характеристикой конкретной р-ции. В двух случаях бесконечно малое кол-во теплоты (элементарная теплота) d Q совпадает с полным дифференциалом ф-ции состояния: при постоянстве объема dQ = = dU (U -внутр. энергия системы), а при постоянстве давления d Q = dH (H -энтальпия системы).

Практически важны два типа Т. э. р.-изотермо-изобар-ный (при постоянных т-ре Т и давлении р) и изотермо-изо-хорный (при постоянных Т и объеме V). Различают дифференциальный и интегральный Т. э. р. Дифференциальный Т. э. р. определяется выражениями:

где u_i, h_i -соотв. парциальные молярные внутр. энергия и энтальпия; v_i -стехиометрич. коэф. (v_i > 0 для продуктов, v_i <0 для реагентов); x = (n_i - n_{i 0})/v _i,-хим. переменная, определяющая состав системы в любой момент протекания р-ции (n_i и n_{i 0} - числа молей i -го компонента в данный момент времени и в начале хим. превращения соотв.). Размерность дифференциального Т. э. р.-кДж/моль. Если u_T,V, h_T,p > 0, р-ция наз. эндотермической, при обратном знаке эффекта-экзотермической. Два типа эффектов связаны соотношением:

Для идеального газа (9U/9V) _T,x = 0 и учет ур-ния состояния pV = RT приводит к выражению:(R - газовая постоянная). Поэтому если газофазная р-ция протекает с изменением числа молей, то h_T,p . u_T,V. Для конденсир. фаз в силу малости производной (9V/9V) _T,р разность h_T,p — u_T,V мала и ею обычно пренебрегают. На практике обычно приходится иметь дело с изобарич. условиями (р = = const), когда Т. э. р. совпадает с изменением энтальпии системы. Поэтому вместо термина "Т. э. р." используют термин "энтальпия р-ции". Тепловые эффекты h_T,p, u_T,V в общем случае зависят от состава системы, т. к. величины u_i, h_i изменяются по мере протекания р-ции.

Интегральный Т. э. р. в расчете на один пробег р-ции (изменение числа молей в-ва равно его стехиометрич. коэффициенту) измеряется в кДж и определяется ф-лами:

Важная роль принадлежит Т.э. р. двух типов-теп лотам образования соед. из простых в-в и теплотам сгорания в-в в чистом кислороде с образованием высших оксидов элементов, из к-рых состоит в-во. Эти Т. э. р. приводятся к стандартным условиям и табулируются. С их помощью легко рассчитать любой Т. э. р.; он равен алгебраич. сумме теплот образования или теплот сгорания всех участвующих в р-ции в-в:

Применение табличных величин позволяет вычислять тепловые эффекты мн. тысяч р-ций, хотя сами эти величины известны лишь для неск. тыс. соединений. Такой метод расчета непригоден, однако, для р-ций с небольшими тепловыми эффектами, т. к. расчетная малая величина, полученная как алгебраич. сумма неск. больших величин, характеризуется погрешностью, к-рая по абс. величине может превосходить Т.э.р. Расчет Т.э.р. с помощью величин основан на том, что энтальпия есть ф-ция состояния. Это позволяет составлять системы термохим. ур-ний для определения теплового эффекта требуемой р-ции. Вычисляют практически всегда стандартные Т.э.р. Помимо рассмотренного выше метода расчет Т.э.р. проводят по температурной зависимости константы равновесия -ур-ния изобары и изохоры р-ции с помощью ф-лы: , где DG⁰ = RТ ln К- стандартная энергия Гиббса р-ции, К -константа равновесия, a D S ⁰-стандартная энтропия р-ции, вычисляемая по стандартным энтропиям всех в-в, участвующих в р-ции.