Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


“ермохимические уравнени€




√осударственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образовани€

ћќ— ќ¬— »… √ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌџ… ћ≈ƒ» ќ-—“ќћј“ќЋќ√»„≈— »… ”Ќ»¬≈–—»“≈“

им. ј.».≈вдокимова

 

 

 ј‘≈ƒ–ј ќЅў≈… » Ѕ»ќќ–√јЌ»„≈— ќ… ’»ћ»»

Ћекции є 1 и є 2

ЁЋ≈ћ≈Ќ“џ ’»ћ»„≈— ќ… “≈–ћќƒ»Ќјћ» ».

“≈–ћќ’»ћ»я.

ѕродолжительность Ц 2 академических часа.

 

—оставитель:

профессор ј.ј.ѕрокопов

 

ћќ— ¬ј

☺ Ќе существует вопроса Ђдолжен ли врач знать химию?ї. —уществует проблема Ц как преподавать химию студентам-медикам?

¬ насто€щее врем€ мировое медицинское сообщество едино в том, что наиболее важна не формально-статическа€ сторона химии, а химическа€ логика нормальных и патологических процессов, их химические механизмы.

ќрганизму дл€ функционировани€ нужна энерги€, поскольку в организме должна выполн€тьс€ работа:

Ø ћеханическа€ (например Ц сокращение мышц),

Ø ќсмотическа€ (создание и поддержание градиентов ионов, например Ц избытка —а2+ в митохондри€х),

Ø Ёлектрическа€ ( например Ц генераци€ потенциалов действи€).

 

Ёнерги€ Ц это свободно конвертируема€ валюта процессов, а все процессы энергетически значимы.

ƒвум€ различными способами передачи этой валюты - энергии -€вл€ютс€ теплота и работа, они могут взаимно переходить друг в друга.

«аконы взаимных превращений различных видов энергии, св€занных с переходами энергии между телами в виде теплоты и работы изучает термодинамика.

¬ организме, энерги€ химических процессов переходит:

- в механическую (в мышце),

- в электрическую (в нервной ткани),

- в осмотическую (в почке или на любой плазматической мембране),

светова€ энерги€ переходит в электрическую (сетчатка глаза), механическа€ энерги€ переходит в электрическую (ухо) и т.д.

’имическа€ термодинамика примен€ет законы таких превращений дл€ определени€ направлени€ и степени протекани€ химических реакций.

ќбъектом исследовани€ термодинамики €вл€етс€ Стермодинамическа€ системаТ или просто СсистемаТ. ѕод системой в термодинамическом смысле понимают выделенную из внешней среды (реальными границами или мысленными) совокупность тел (или веществ), которые могут обмениватьс€ между собой энергией и веществом.

–азличают:

1. изолированные системы, они не могут обмениватьс€ с внешней средой ни веществом, ни энергией (идеализаци€. ѕриближение - термос);

2. закрытые системы могут обмениватьс€ с внешней средой только энергией, но не веществом (в приближении - здоровый или запломбированный зуб);

3. открытые системы обмениваютс€ с внешней средой и веществом, и энергией (кариозный зуб, человек в целом).

—осто€ние системы характеризуетс€ набором еЄ свойств Ц параметров состо€ни€, к которым относ€тс€, в частности, химический состав системы, температура , объЄм V, давление p и т.д.

 ажда€ система характеризуетс€, кроме того, еЄ внутренней энергией U. Ёта энерги€ складываетс€ из энергий образующих еЄ составных частей, в том числе молекул, атомов, электронов, €дер, внутри€дерных частиц и т.д. ќна представл€ет собой сумму кинетической энергии движени€ указанных частиц и потенциальной энергии их взаимодействи€ между собой, а также собственной энергии, отвечающей массе поко€ частиц: E = mc2. “.к. окончательно строение материи неизвестно (и не будет известно никогда), то учесть все виды взаимодействи€ всех видов частиц невозможно, т.е. невозможно знать абсолютное значение U. Ќо термодинамика в этом знании и не нуждаетс€, т.к. имеет дело с изменениемэнергии.

¬нутренн€€ энерги€ не включает в себ€ кинетическую энергию системы в целом и еЄ потенциальную энергию во внешних пол€х, в частности, гравитационном.

»зменение внутренней энергии системы может происходить:

1. путЄм еЄ обмена с другими системами теплотой и (или)

2. совершени€ работы (ею или над нею).

¬ химической термодинамике различают механическую работу и так называемую полезную (в химическом смысле) работу. ћеханическа€ работа совершаетс€ в результате изменени€ объЄма системы, при посто€нном давлении:

A = p . DV.

ѕолезна€ работа приводит к протеканию химической реакции: например, это работа электрического тока при электролизе.

 

ѕ≈–¬џ… «ј ќЌ (начало) “≈–ћќƒ»Ќјћ» » Ц

это закон сохранени€ энергии:

энерги€ не создаЄтс€ из ничего и не может превратитьс€ в ничто; если в течение процесса исчезает энерги€ определЄнного вида, то взамен по€вл€етс€ эквивалентное количество энергии другого вида. —ледовательно, система не может ни создавать, ни уничтожать энергию.

¬нутренн€€ энерги€ изолированной системы однозначно определ€етс€ еЄ параметрами состо€ни€, т.е. она одна и та же независимо от того, каким способом образовалась система, если еЄ параметры состо€ни€ те же. ќтсюда следует, что внутренн€€ энерги€ есть функци€ состо€ни€ Ц это одна из формулировок

I начала термодинамики.

U U3

 

 

▪ U2

 

 

U1

 

 

¬ случае закрытой системы следствием закона сохранени€ энергии €вл€етс€ то, что изменение внутренней энергии системы DU равно разности сообщаемой системе теплоты Q и совершаемой ею при этом работы A:

DU = Q - A или Q = ΔU + p ΔV

Ёто тоже формулировка I начала термодинамики.

 

 ак правило, процессы протекают либо при посто€нном объЄме (изохорный), либо при посто€нном давлении (изобарный).

1. ¬ изохорном процессе при поглощении или выделении теплоты никака€ работа не совершаетс€:

V = сonst, DV = 0; pDV = 0, и поэтому A = 0, следовательно, в этих услови€х

вс€ сообщаема€ теплота расходуетс€ на изменение внутренней энергии:

Qv = DU = U2 - U1

¬нутренн€€ энерги€ возрастает, когда система поглощает теплоту, т.е. в эндотермическом процессе DU > 0. ¬нутренн€€ энерги€ убывает, когда теплота выдел€етс€ во внешнюю среду, в экзотермическом процессе DU < 0.

2. ≈сли обмен теплотой с внешней средой происходит при посто€нном давлении p = const, и единственным видом работы оказываетс€ работа расширени€ против сил внешнего давлени€, то

Q p = DU + pDV = U2 - U1 + p(V2 - V1) = (U2 +pV2) - (U1 + pV1)

¬ведЄм обозначение U + pV = H, тогда получим

Qp = H2 - H1 = DH - в основном дл€ газовых систем.

¬еличина H называетс€ энтальпией. ≈Є изменением определ€етс€ тепловой эффект процесса, проводимого при посто€нном давлении. “ак же, как и в случае изменени€ U, в эндотермическом процессе энтальпи€ системы возрастает, DH > 0, и в экзотермическом процессе убывает, DH < 0.  ак и внутренн€€ энерги€, энтальпи€ €вл€етс€ функцией состо€ни€, т.е. не зависит от пути, каким система пришла в данное состо€ние.

Ѕуквально термин Ђэнтальпи€ї означает Ђтеплосодержаниеї, каждое вещество обладает определЄнным значением энтальпии, т.е. теплосодержанием.

Ёнтальпи€ €вл€етс€ мерой энергии, котора€ накапливаетс€ в веществе при его образовании.

ѕолное значение энтальпии рассчитать или измерить невозможно, но по количеству теплоты, выделившейс€ или поглощЄнной в результате реакции, суд€т об изменении энтальпии в результате данного процесса:

реагенты продукты

DH р-и = H продуктов - H исходных веществ (реагентов).

 

“ермохимические уравнени€.

–ассмотрим уравнение

графит + 0,5 ќ2, газ Þ —ќ газ + 110,5 кƒж.

q

ѕоскольку здесь приведено значение теплового эффекта (назовЄм его q), то такое уравнение называетс€ термохимическим (“’”).

Ќо в термохимии, когда говор€т о тепловом эффекте реакции, обычно имеют в виду DH р-и. ѕричЄм, q и DH р-и - это одна и та же энерги€, но рассмотренна€ с разных позиций:

q - c позиции внешнего наблюдател€ химической системы,

DH р-и - с позиции самой химической системы.

ѕоэтому DH р-и = -q.

- если q > 0, то DH р-и < 0, реакци€ экзотермическа€,

- если q < 0, то DH р-и > 0, реакци€ эндотермическа€.

 

“.е. тепловой эффект реакции можно обозначить следующим образом:

графит + 0,5 ќ2, газ Þ —ќ газ; DH р-и = -110,5 кƒж.

- √овор€т Ђэнтальпи€ реакцииї, всегда име€ в виду DH р-и.

“от факт, что измерени€ сделаны при стандартных услови€х (101325 ѕа или

1 атм или 760 мм рт.ст. и 25о— или 298 ) или пересчитаны на них обозначаетс€ значком о: DHо р-и, DHо р-и.298.

ƒругие особенности “’”:

- химические формулы обозначают не молекулы и атомы, а моли. ѕоэтому коэффициенты в “’” м.б. дробными,

- с “’” можно выполн€ть алгебраические действи€ Ц складывать, умножать и т.д. (с учЄтом теплового эффекта),

- тепловой эффект зависит от агрегатных состо€ний веществ, поэтому это состо€ние указываетс€: тв., крист., ж., г., пар,

- в “’” тепловой эффект реакции обычно относ€т к 1 молю образующегос€ или реагирующего вещества.

 

ѕри термохимических расчЄтах пользуютс€ следующими пон€ти€ми:

—тандартна€ энтальпи€ образовани€ вещества X Ц DHообр.(’) Ц энтальпи€ реакции, в которой образуетс€ 1 моль данного вещества в стандартном состо€нии из составл€ющих его простых веществ, вз€тых также при стандартных услови€х. »з такого определени€ следует, что теплоты образовани€ простых веществ равны нулю.

≈сли простое вещество может существовать в нескольких аллотропных модификаци€х, то к нулю приравниваетс€ теплота образовани€ наиболее устойчивой формы: DHообр2,г) = 0; DHообр3,г) = 142,3 кƒж/моль или DHообр(—графит) = 0: DHообр(—алмаз) = 1,9 кƒж/моль.

ƒл€ нашей реакции можно записать:

DHќобр(—ќг) = -110,5кƒж/моль.

 

Ø ƒругой пример:

графит + ќ2,г Þ —ќ2,г + 393,5 кƒж.

Ёто “’” можно записать так:

графит + ќ2,г Þ —ќ2,г; DHо р-и = -393,5 кƒж,

»ли DHообр(—ќ2,г) = -393,5 кƒж§моль.

—тандартна€ энтальпи€ сгорани€ вещества ’ Ц DHосгор(’) Ц это энтальпи€ реакции полного сгорани€ 1 моль вещества в атмосфере кислорода при давлении 1 атм.

»з определени€ следует, что при этом образуютс€ высшие оксиды, следовательно, их теплоты сгорани€ равны нулю.

 

 

ѕример:

6Ќ12ќ6,к + 6ќ2,г Ѓ 6—ќ2,г + 6Ќ2ќж + 2820 кƒж,

DHосгор(—6Ќ12ќ6,к) = -2820 кƒж§моль.

 стати, мозг стабильно окисл€ет 5-6 г глюкозы в час (и во врем€ сна, и во врем€ напр€жЄнной умственной работы).

Ёнтальпии образовани€ и сгорани€ Ц это справочный материал.

 

 аждый тип реакции характеризуетс€ своим, вполне определЄнным тепловым эффектом. Ќапример, стандартна€ энтальпи€ нейтрализации Ц тепловой эффект реакции между кислотой и основанием, в которой образуетс€ 1 моль воды при стандартных услови€х:

Ќ+р-р + ќЌ-р-р Ѓ Ќ2ќж + 56,7 кƒж или

DHонейтр = - 56,7 кƒж§моль или - 13,55 ккал§моль.

—уществуют пон€ти€: стандартна€ энтальпи€ гидрогенизации, стандартна€ энтальпи€ растворени€, стандартна€ энтальпи€ атомизации и т.д.

 

ќ—Ќќ¬Ќќ… «ј ќЌ “≈–ћќ’»ћ»» - закон √.».√есса (русский химик, академик, 1840 год).

Ёто частный случай I начала термодинамики.

- тепловой эффект процесса при р = const (Qр = DH) или при V = const (Qv = DU) зависит только от начального и конечного состо€ни€ веществ и не зависит от промежуточных стадий,

или

- если возможны несколько стадий протекани€ реакции, то общее изменение энтальпии не зависит от того, по какому пути протекала реакци€.

ѕо€сн€ю энтальпийной диаграммой:

DHо р-и I = - 393,5 кƒж

графит —ќ2,г

       
   
DHо р-и III = - 283,0 кƒж  
 
DHо р-и II = - 110,5 кƒж


 

 

—ќ г

 

DHо р-и I = DHо р-и II + DHо р-и III

«акон √есса широко используетс€ в физиологии, в частности, дл€ определени€ калорийности продуктов.

∆ивущий организм не €вл€етс€ источником энергии, все виды работ в нЄм совершаютс€ за счЄт энергии, выдел€ющейс€ при окислении веществ, содержащихс€ в пище.  алорийность продуктов соответствует энергии, выдел€ющейс€ при их сжигании. ќсновна€ часть доступной энергии пищи задерживаетс€ в организме в виде химической энергии и не выдел€етс€ в виде теплоты.

“епловые эффекты реакций можно рассчитывать, зна€ энтальпии образовани€ или энтальпии сгорани€ веществ, при этом пользуютс€ следстви€ми из закона √есса.

1 следствие: тепловой эффект реакции равен сумме энтальпий образовани€ продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образовани€ реагентов (с учЄтом стехиометрических коэффициентов)

aA + bB xX + yY

DHoр-и = åDHообр(xX;yY) - åDHообр(aA;bB).

ѕример: Fe3O4,к + 4—ќ г 4—ќ2, г + 3Fe к; DHор-и -?

DHoобр(Fe3O4, к) = - 1117 кƒж§моль,

DHoобр(—ќ г) = - 110,5 кƒж§моль,

DHообр(—ќ2, г) = - 393,5 кƒж§моль

DHообр(Fe к) = 0.

DHор-и = 4 (-393,5) + 3Ј0 - [ -1117 + 4(-110,5)] = -15,0 кƒж.

2 следствие. “епловой эффект реакции равен сумме энтальпий сгорани€ реагентов за вычетом суммы энтальпий сгорани€ продуктов реакции (с учЄтом стехиометрических коэффициентов).

DHор-и = åDHосгор(aA; bB) - åDHосгор(xX; yY).





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-11-05; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 424 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

ƒва самых важных дн€ в твоей жизни: день, когда ты по€вилс€ на свет, и день, когда пон€л, зачем. © ћарк “вен
==> читать все изречени€...

1200 - | 1114 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.056 с.