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

 

 

 

 


“епловий ефект х≥м≥чноњ реакц≥њ залежить т≥льки в≥д початкового ≥ к≥нцевого стан≥в системи ≥ не залежить в≥д шл€ху (в≥д пром≥жних стад≥й), €ким в≥дбувалас€ реакц≥€




«м≥ст закону √есса можна вивести ≥з ентальп≥йноњ д≥аграми:

–ечовина ј перетворюЇтьс€ в речовину ¬ двома шл€хами.

Ўл€х 1. безпосереднЇ перетворенн€ з тепловим ефектом ΔЌ1.

Ўл€х 2. спочатку ј перетворюЇтьс€ в — (ΔЌ2), а пот≥м речовина — - в ¬ (ΔЌ3). «г≥дно закону √есса:

ΔЌ1 = ΔЌ2 + ΔЌ3

≈нтальп≥йна д≥аграма.

–озгл€немо закон √есса на прикладах.

ѕриклад 1.

«м≥на величини ентальп≥њ реакц≥њ згоранн€ метану з утворенн€м карбон (IV) оксиду ≥ р≥дкоњ води можна вирахувати за значенн€м ΔЌ в стад≥њ конденсац≥њ вод€ного пару ≥ ΔЌ в стад≥њ згор€нн€ метану з утворенн€м газопод≥бноњ води:

CH4(г) + 2ќ2(г) → —ќ2(г) + 2Ќ2ќ(г) (1) ΔЌ = - 802 кƒж

2ќ(г) → 2Ќ2ќ(р) (2) ΔЌ = - 88 кƒж

CH4(г) + 2ќ2(г) + 2Ќ2ќ(г) → —ќ2(г) + 2Ќ2ќ(р) + 2Ќ2ќ(г) (3)

ΔЌ = - 890 кƒж

¬илучаЇмо ≥з л≥воњ ≥ правоњ частини р≥вн€нн€ (3) 2ќ(г) одержимо сумарне р≥вн€нн€:

CH4(г) + 2ќ2(г) → —ќ2(г) + 2Ќ2ќ(р) ΔЌ = - 890 кƒж

ѕриклад 2.

–озгл€немо три способи утворенн€ плюмбум (≤≤) сульфату ≥з свинцю, с≥рки ≥ кисню.

1. «м≥шують свинець ≥з с≥ркою ≥ прожарюють в атмосфер≥ кисню до утворенн€ плюмбуму (≤≤) сульфату

Pb(тв) + S(ромб) + 2ќ2(г) = Pb Sќ4(тв)

ΔЌ = - 918,39 кƒж

2. ≤з свинцю добувають плюмбум (≤≤) оксид, а ≥з с≥рки Ц сульфур (V≤) оксид. ¬изначають теплов≥ ефекти кожноњ реакц≥њ. ¬им≥рюють тепловий ефект взаЇмод≥њ цих оксид≥в з утворенн€м сульфату.

Pb(т) + 1/2ќ(г) = Pbќ(тв) Δ Ќ1 = - 217,86 кƒж

S(ромб) + 3/2ќ2 (г) = Sќ3(г) Δ Ќ2 = - 395,18 кƒж

Pbќ(т) + Sќ3(г) = PbSќ4(т) Δ Ќ3 = - 305,35 кƒж

“епловий ефект реакц≥њ дор≥внюЇ:

Δ Ќ = Δ Ќ1 + Δ Ќ2 + Δ Ќ3

Δ Ќ = - 613,04 + (- 305,35) = - 918,39 кƒж

–озрахунки св≥дчать, що тепловий ефект утворенн€ плюмбум (≤≤) сульфату не залежить в≥д шл€ху, €ким в≥дбуваЇтьс€ реакц≥€ (тобто в≥д к≥лькост≥ стад≥й).

≤з закону √есса можна зробити важлив≥ висновки:

Ј €кщо зд≥йснити дв≥ реакц≥њ, в результат≥ €ких з двох р≥зних вих≥дних речовин утворюютьс€ дв≥ однаков≥ к≥нцев≥ речовини, то р≥зниц€ теплових ефект≥в дор≥внюЇ тепловому ефекту переходу першоњ речовини в другу.

Ќаприклад:

(граф≥т) + ќ2(г) = —ќ2(г) Δ Ќ1 = - 393,5 кƒж

(алмаз) + ќ2(г) = —ќ2(г) Δ Ќ2 = - 395,39 кƒж

“епловий ефект переходу граф≥ту в алмаз:

Δ Ќ1 - Δ Ќ2 = - 393,51 - (- 395,39) = - 1,88 кƒж

Ј €кщо зд≥йснити дв≥ реакц≥њ так, що з однакових вих≥дних речовин утворюютьс€ р≥зн≥ к≥нцев≥ сполуки, то р≥зниц€ м≥ж тепловими ефектами дор≥внюЇ тепловому ефекту преходу одного к≥нцевого продукту в другий.

Ќаприклад, за в≥домими тепловими ефектами згор€нн€ граф≥ту до —ќ—ќ2:

(граф≥т) + ќ(г) = —ќ(г) (1) Δ Ќ1 = - 393,51 кƒж

—ќ(г) + 1/2ќ2 (г) = —ќ2 (г) (2) Δ Ќ2 = - 282,963 кƒж

¬≥дн≥маючи р≥вн€нн€ (2) в≥д (1), визначимо, що дл€ реакц≥њ

(граф≥т) + 1/2ќ2 (г) = —ќ(г) Δ Ќ = - 110,54 кƒж

–озгл€немо, €к використовуЇтьс€ такий процес на практиц≥. ќдин ≥з способ≥в газиф≥кац≥њ викопного вуг≥лл€ Ц це добуванн€ вод€ного газу в газогенераторах.  оли над нагр≥тим до 6000— вуг≥лл€м пропускати вод€ну пару, то утворюЇтьс€ вод€ний газ - сум≥ш —ќ2 ≥ Ќ2:

(тв) + Ќ2ќ(г) = —ќ(г) + Ќ2(г) (1) Δ Ќ1 = 131,38 кƒж

¬ результат≥ спалюванн€ вод€ного газу з утворенн€м вуглекислого газу ≥ води вид≥л€Їтьс€ теплота:

—ќ(г) + 1/2ќ2 (г) = —ќ2(г) (2) Δ Ќ2 = - 282,963 кƒж

Ќ2(г) + 1/2ќ2 (г) = Ќ2ќ(г) (3) Δ Ќ3 = - 241,83 кƒж

ќтже, сумарна реакц≥€ (2) + (3):

—ќ(г) + Ќ2(г) + ќ2 (г) = —ќ2(г) + Ќ2ќ(г)

супроводжуЇтьс€ вид≥ленн€м теплоти:

Δ Ќ = (- 282,963) + (- 241,83) = - 524,8 кƒж

јле, на утворенн€ вод€ного газу (1) було витрачено
Δ Ќ1 = 131,38 кƒж

ќтже,

(тв) + Ќ2ќ(г) = —ќ(г) + Ќ2(г) Δ Ќ1 = 131,38 кƒж

—ќ(г) + 1/2ќ2 (г) = —ќ2(г) Δ Ќ2 = - 282,96 кƒж

Ќ2(г) + 1/2ќ2 (г) = Ќ2ќ(г) Δ Ќ3 = - 241,83 кƒж


—умарно (г) + ќ2(г) = —ќ2(г) Δ Ќ = - 393,41 кƒж

¬≥дпов≥дно до закону √есса тепловий ефект спалюванн€ вуг≥лл€ безпосередньо в печах ≥ круговим шл€хом, включаючи його газиф≥кац≥ю, однаковий, але вод€ний газ рац≥ональн≥ше спалюЇтьс€ ≥ економ≥чно виг≥дн≥ше використовуЇтьс€.

«м≥на температури ≥ тиску мало впливаЇ на величину Δ Ќ. Ќаприклад дл€ реакц≥њ

(граф≥т) + —ќ2 (г) = 2—ќ(г)

Δ Ќ500о= - 173,64 кƒж, Δ Ќ1500о= - 165,27 кƒж

–≥зниц€ на 10000— зм≥нюЇ тепловий ефект всього на 8,37 кƒж

” термох≥м≥њ широко користуютьс€ такою характеристикою речовин €к стандартна теплота утворенн€. —тандартною теплотою утворенн€ сполуки ΔЌ0298 домовились вважати тепловий ефект утворенн€ одного мол€ речовини з простих речовин, стаб≥льних при 250 (298  ) ≥ тисков≥ 1 атм. (—тандартн≥ теплоти утворенн€ речовин можна знайти в дов≥дков≥й л≥тератур≥).

«а законом √есса можна обчислити теплов≥ ефекти реакц≥њ, €кщо в≥дом≥ стандартн≥ теплоти утворенн€ вих≥дних сполук ≥ продукт≥в реакц≥њ, ≥ навпаки, обчислювати стандартн≥ теплоти утворенн€, €кщо в≥дом≥ теплов≥ ефекти реакц≥њ.

“ак, тепловий ефект реакц≥њ дор≥внюЇ сум≥ стандартних теплот утворенн€ к≥нцевих речовин без сум стандартних теплот утворенн€ вих≥дних речовин з урахуванн€м стех≥ометричних коеф≥ц≥Їнт≥в.

“ак, дл€ реакц≥њ типу

ај + в¬ = с— + dD,

де а, в, с, d - стех≥ометричн≥ коеф≥ц≥Їнти перед формулами речовин ј, ¬, —, D тепловий ефект Δ Ќ визначаЇтьс€ р≥вн≥стю

Δ Ќ = (с Δ Ќ+ d Δ ЌD) - (a Δ ЌA + b Δ ЌB),

в €к≥й Δ ЌA, Δ ЌB, Δ ЌΔ ЌD - теплоти утворенн€ в≥дпов≥дних речовин.

Ќаприклад, тепловий ефект реакц≥њ гор≥нн€ етилового спирту

2Ќ5ќЌ(р) + 3ќ2(г) = 2—ќ2(г) + 3Ќ2ќ(г) .

дор≥внюЇ:

Δ Ќ = (- 2 . 393,6 - 3 . 241,8) - (- 277,7) = - 1234,9 кƒж

при цьому сл≥д врахувати, що Δ Ќутв кисню дор≥внюЇ нулю, ≥нш≥ стандартн≥ теплоти утворенн€ Δ Ќ0утв берутьс€ ≥з дов≥дковоњ л≥тератури.

якшо в результат≥ р€ду посл≥довних х≥м≥чних реакц≥й система приходить в стан, €кий повн≥стю сп≥впадаЇ ≥з вих≥дним (замкнутий цикл≥чний процес), то сума теплових ефект≥в цих реакц≥й дор≥внюЇ нулю, тобто дл€ р€ду реакц≥й:

ј → ¬ Δ Ќ1

¬ → — Δ Ќ2

— → D Δ Ќ3

D → ј Δ Ќ4

сума њх теплових ефект≥в Δ Ќ1 + Δ Ќ2 + Δ Ќ3 + Δ Ќ4 = 0

«наючи, наприклад, теплоти сотень сполук можна розрахувати за ними теплов≥ ефекти багатьох тис€ч р≥зних реакц≥й, в €ких беруть участь ц≥ речовини в р≥зних поЇднанн€х.

«наченн€ Δ Ќ0утв дл€ простих речовин дор≥внюють нулю.

ѕриклад: 1) ќбчислити тепловий ефект реакц≥њ окисненн€ амон≥аку.

4NH3(г) + ќ2(г) = 2N2(г) + 6 Ќ2ќ(г)

Δ Ќ0298 утв NH3(г) = Ц 46,191 кƒж /моль, Δ Ќ0298 утв ќ2(г) = 0

Δ Ќ0298 утв H2ќ(г) = Ц 241,84 кƒж /моль, Δ Ќ0298 утв N2(г) = 0

Δ Ќ0298 = 6 . (Ц 241,84) Ц 4 . (Ц 46,181) = Ц 1266,24 кƒж

2) ¬изначити стандартну теплоту утворенн€ амон≥аку.

« даних попередньоњ задач≥ виходить, що

4 Δ Ќ0298 (NH3) = 6 . (- 241,84) Ц (- 1246,25) = - 204,76 кƒж

Δ Ќ0298 (NH3) = - 46,15 кƒж /моль,

ѕ≥д час досл≥джень орган≥чних сполук часто вим≥рюють стандартн≥ теплоти згор€нн€. —тандартн≥ теплоти згор€нн€, €к правило, на пор€док б≥льш≥ величини, н≥ж стандартн≥ теплоти утворенн€.

ѕриклад.

„ому дор≥внюЇ тепловий ефект реакц≥й пол≥меризац≥њ етину в бензен.

3—2Ќ2(г) → —6Ќ6(г)

Δ Ќ0298 згор€нн€ —2Ќ2(г) = - 1299,63 кƒж /моль

Δ Ќ0298 згор€нн€ —6Ќ6(г) = - 3267,62 кƒж /моль

Δ Ќ0298 = 3 Δ Ќ0298 2Ќ2(г) - Δ Ќ0298 6Ќ6(г)

Δ Ќ0298 = 3 (-1299,63) Ц (-3267,62) = - 631,28 кƒж

«акон √есса даЇ змогу обчислити таку важливу характеристику х≥м≥чних сполук €к енерг≥€ звТ€зк≥в .

ƒл€ прикладу розгл€немо обчисленн€ енерг≥њ звТ€зку
ќ Ц Ќ в молекул≥ води, €ку можна синтезувати так:

Ќ2(г) + 1/2ќ2 (г) = Ќ2ќ(г) Δ Ќ0298 = - 241,835 кƒж

ћожна ≥накше: водень ≥ кисень п≥ддати дисоц≥ац≥њ на атоми.

(Δ Ќ0дис2 = 435,97 кƒж

(1/2Δ Ќ0дис2 = 247,69 кƒж;

ѕот≥м з атом≥в водню ≥ кисню в газопод≥бному стан≥ добути газопод≥бну воду:

2Ќ + ќ = Ќ2ќ(г)

Δ Ќ0298 ц≥Їњ реакц≥њ, що в≥днесено до мол€ води, називаЇтьс€ атомарною теплотою утворенн€ (Δ Ќ0ат2ќ

¬она дор≥внюЇ сум≥ енерг≥й двох звТ€зк≥в ќ Ц Ќ.

јтомарна теплота утворенн€ (Δ Ќ0ат) Ќ2ќ в≥др≥зн€Їтьс€ в≥д
(Δ Ќ0утв) величиною енерг≥њ, що витрачаЇтьс€ на дисоц≥ац≥ю води ≥ кисню.

ќтже,

(Δ Ќ0ат2ќ (г) = (Δ Ќ0дис) Ќ2 + 1/2 (Δ Ќ0дис) ќ2 - (Δ Ќ0утв) Ќ2ќ (г)

(Δ Ќат) Ќ2ќ = (435,97 + 247,69) - (241,84) = 925,5 кƒж

енерг≥€ звТ€зку ќ Ц Ќ дор≥внюЇ половин≥ атомарноњ теплоти утворенн€ Ќ2ќ, €кщо розраховувати на моль води:

ќ-Ќ = 1/2 (Δ Ќ0ат) = 462,75 кƒж

ƒл€ молекул, €к≥ мають в своЇму склад≥ б≥льш н≥ж два атоми, застосовують пон€тт€ Дсередн€ енерг≥€ х≥м≥чного звТ€зкуФ. “ак, дл€ метану —Ќ4 енерг≥€ одного звТ€зку — Ц Ќ дор≥внюЇ: зв—-Ќ = Δ Ќат /4,

де Δ Ќат - енерг≥€ атом≥зац≥њ метану.

¬ таблиц≥ наведено середн≥ значенн€ енерг≥њ х≥м≥чного звТ€зку м≥ж де€кими атомами. ≈нерг≥€ х≥м≥чного звТ€зку даЇ змогу пор≥вн€ти м≥цн≥сть звТ€зк≥в одних атом≥в з ≥ншими, а також оц≥нити енерг≥ю утворенн€ молекул з в≥льних атом≥в:

«вТ€зок зв, кƒж «вТ€зок зв, кƒж
Ќ Ц Ќ   N Ц H 402,5
Ќ Ц F   C Ц H 401,6
H Ц Br   C Ц Cl  
H Ц J   C Ц C  
Cl Ц Cl   C = C  
Br Ц Br   Na Ц Cl  
O Ц H   K Ц Cl  

«а термох≥чними розрахунками аналог≥чно можна визначити енерг≥ю кристал≥чних граток, теплоту розчиненн€ або г≥дратац≥њ тощо.

 

ѕриклад 7. як повТ€зан≥ теплоти утворенн€ сполук ≥ пер≥одичний закон?

¬≥дпов≥дь:

«м≥ни в електронних структурах атом≥в при утворенн≥ складних речовин з простих, €к це випливаЇ з пер≥одичного закону, теж ви€вл€ють певну пер≥одичн≥сть. ” сукупност≥ даних, €к≥ мають ви€вити пер≥одичн≥сть властивостей, значне м≥сце в≥дводитьс€ зм≥нам функц≥й стану, зокрема ентальп≥њ. ” цьому можна переконатис€, пор≥внюючи ΔЌ0298 утворенн€ однотипних х≥м≥чних сполук елемент≥в (сульф≥д≥в, хлорид≥в, фторид≥в, оксид≥в).

«м≥на ΔЌ0298 утворенн€ хлорид≥в р≥зних елемент≥в ви€вл€Ї пер≥одичну залежн≥сть в≥д протонного числа елемент≥в.

ћаксимальне значенн€ ΔЌ0298 спостер≥гаЇтьс€ дл€
S Ц елемент≥в (метали головних п≥дгруп ≤ ≥ ≤≤ груп), набагато менш≥ ΔЌ0298 - дл€ р -елемент≥в, близьке значенн€ ΔЌ029 8 спостер≥гаЇтьс€ дл€ d - елемент≥в ≥ значне зближенн€ величин дл€ f Ц елемент≥в.

ќтже, пер≥одичний закон ƒ.≤. ћенделЇЇва охоплюЇ властивост≥ не т≥льки простих речовин, а й сполук елемент≥в.

 

ѕриклад 8. ¬≥д чого залежить теплопров≥дна властив≥сть палива?

¬≥дпов≥дь:

Ќафта, природний газ, вуг≥лл€ Ї головними джерелами енерг≥њ. “еплотв≥рна властив≥сть палива п≥двищуЇтьс€ ≥з в≥дносним вм≥стом в них  арбону ≥ √≥дрогену. Ќаприклад, теплотв≥рна властив≥сть б≥тумного вуг≥лл€ вища, н≥ж у дерева, поск≥льки вуг≥лл€ м≥стить б≥льше вуглецю.

¬ таблиц≥ пор≥внюютьс€ характеристики р≥зних вид≥в палив. ѕалива (а також ≥ продукти харчуванн€) складаютьс€ ≥з сум≥ш≥ речовин њх теплотв≥рна властив≥сть вказуЇтьс€ з розрахунку на один грам, а не на моль. “еплотв≥рна здатн≥сть та склад де€ких розповсюджених вид≥в палив:

ѕаливо ѕриблизний елементний склад, % “еплотв≥рна здатн≥сть, кƒж/г
Ќ ќ
јнтрацит        
Ѕензин        
Ѕ≥тумне вуг≥лл€        
¬одень        
ƒеревина (сосна)        
ƒеревне вуг≥лл€        
ѕриродний газ        
—ира нафта        

¬уг≥лл€, нафта ≥ природний газ в наш час використовуЇтьс€ скор≥ше, н≥ж проходить його подальше утворенн€. ѕереробка цих природних копалин у в≥дпов≥дн≥ види палив приводить до певних еколог≥чних проблем. “ому в перспектив≥ розгл€даютьс€ ≥нш≥ енергетичн≥ джерела. Ќаприклад, використанн€ водню, синтез Ц газу, енерг≥њ сонц€ ≥ в≥тру.

ѕриклад 9. яка енерг≥€ називаЇтьс€ калор≥йн≥стю (або теплотв≥рною властив≥стю)?

¬≥дпов≥дь:

¬ орган≥зм≥ людини проходить багаточисельн≥ б≥ох≥м≥чн≥ перетворенн€, €к≥ називаютьс€ обм≥ном речовин. ÷≥ процеси супроводжуютьс€ певною зм≥ною ентальп≥њ. ≈нерг≥€ людин≥ необх≥дна дл€ п≥дтримки температури т≥ла ≥ дл€ виконанн€ мТ€зевоњ роботи. “ож п≥д час ходьби витрачаЇтьс€ енерг≥њ 16кƒж/хв, а п≥д час б≥гу 40 кƒж/хв. ќсновним джерелом енерг≥њ дл€ людини Ї њжа ≥ напоњ. ¬ пор≥вн€нн≥ з цим енерг≥€, €ка поступаЇ в т≥ло людини у вигл€д≥ тепла, наприклад п≥д час сид≥нн€ коло вогню, дуже мала. ≈нергетичн≥ затрати залежать в≥д стат≥, росту, ваги, характеру д≥€льност≥.

якщо точно вим≥р€ти к≥льк≥сть теплоти, €ку вид≥л€Ї людина, кисню, що вбираЇтьс€ з пов≥тр€, вуглекислого газу ≥ азоту, що видихаЇтьс€ ≥ т.д. ≥ звести тепловий баланс процес≥в обм≥ну, то прийдемо до висновку, що тепловий ефект х≥м≥чного процесу в орган≥зм≥ ≥ калориметр≥ практично однаковий.  алор≥йн≥сть де€ких харчових продукт≥в:

 

’арчовий продукт ѕриблизний склад, %  алор≥йн≥сть, кƒж/г
б≥лки жири вуглеводи
«елений горошок 1,9 Ц   1,5
«емл€н≥ гор≥хи        
ћолоко 3,3      
ѕиво 0,3   1,2 1,8
¬ершкова помадка        
—осиски     Ц  
—ир (чеддер)        
’л≥б (б≥лий)        
яблука (св≥ж≥) 0,4 0,5   2,5
яйц€ (кур€ч≥)     0,7  

Ѕеремо до уваги, що окисненн€ 1 г жиру до вуглекислого газу ≥ води супроводжуЇтьс€ вид≥ленн€м
38,91 кƒж теплоти, повне окисненн€ 1 г вуглевод≥в до вуглекислого газу ≥ води Ц 17,57 кƒж; повне окисненн€ 1 г б≥лк≥в до вуглекислого газу, води ≥ сечовини Ц вид≥ленн€м 17,572 кƒж теплоти.

якщо людина виконуЇ роботу середньоњ трудност≥, то тепловий баланс за добу такий:

 

≈нерг≥€, що над≥йшла з харчовими продуктами: 56,5 г б≥лк≥в Ц 991,61 кƒж 143 г жир≥в Ц 5468,49 кƒж 79,9 г вуглевод≥в Ц 1401,64 кƒж ¬итрачена енерг≥€. ¬ид≥лилось теплоти з р≥зними продуктами життЇд≥€льност≥ орган≥зму Ц 6048 кƒж ¬ипаровувалос€ через шк≥ру Ц 949,77 кƒж
”сього 7861,74 кƒж ”сього 7755,07 кƒж

“очн≥сть експерименту ~ 1 %.

≈нерг≥€, €ка вид≥л€Їтьс€ при згор€нн≥ њж≥, називаЇтьс€ калор≥йн≥стю (або теплотв≥рною властив≥стю).

ќдержан≥ дан≥ дають п≥дставу стверджувати, що закон √есса так само справджуЇтьс€ дл€ живих орган≥зм≥в, €к дл€ неживих систем.

ѕриклад 10. як визначаЇтьс€ напр€м х≥м≥чноњ реакц≥њ.

¬≥дпов≥дь:

ƒл€ процес≥в,що в≥дбуваютьс€ спонтано в природ≥, в≥дом≥ дв≥ руш≥йн≥ сили: перша - намаганн€ системи перейти в стан з найменшою енерг≥Їю ≥ вид≥лити п≥д час переходу теплоту тобто знизити ентальп≥ю; друга - намаганн€ системи перейти в найб≥льш ≥мов≥рний стан з максимально допустимим за цих умов ступенем безладност≥, тобто п≥двищити ентроп≥ю.

” х≥м≥чних процессах одночасно зм≥нюютьс€ енергетичний запас системи ≥ ступ≥нь безладност≥. якщо реакц≥€ в≥дбуваЇтьс€ при сталому тиску ≥ температур≥, то руш≥йну силу називають ≥зобарно-≥зотерм≥чним потенц≥алом ≥ позначають л≥терою G.

÷ей потенц≥ал пов€заний з ентальп≥Їю, ентроп≥Їю ≥ температурою сп≥вв≥дношенн€м.

G = H Ц TS

’≥м≥чн≥ процеси харектерезуюютьс€ своњми певними потенц≥алами. ѕотенц≥ал, €кий Ї руш≥йною силою х≥м≥чних процес≥в, що в≥дбуваютьс€ за –, “ = const, називаЇтьс€ енерг≥Їю √≥ббса (G) на честь американського вченого ƒж.”.√≥ббса, €кий вв≥в у термодинам≥ку цю функц≥ю, а також ≥зобарно-≥зотерм≥чним потенц≥аломм, або в≥льною енерг≥Їю за сталого тиску.

«м≥на енерг≥њ √≥ббса дор≥внюЇ максимальн≥й корисн≥й робот≥, €ку виконуЇ система в цьому процес≥.

∆G=Amax.

 орисною роботою називають всю роботу, виконану в ход≥ процесу, за вин€тком роботи проти сил зовн≥шнього тиску.

’арактер зм≥ни енерг≥њ √≥ббса даЇ п≥дставу дл€ висновку - можливе чи неможливе в принцип≥ зд≥йсненн€ процесу. ¬≥н п≥дл€гаЇ р≥вн€нню

ΔG=ΔH-TΔS

де ΔG -зм≥на енерг≥њ √≥ббса; ΔH -зм≥на ентальп≥њ; ΔS -зм≥на ентроп≥њ; Цзм≥на температури.

Ќапр€м процесу визначаЇтьс€ сп≥вв≥дношенн€м ΔHTΔS, оск≥льки величина ΔH в≥дображаЇ намаганн€ частинок обЇднуватис€ в б≥льш≥ агрегац≥њ, а величина ΔS маЇ протилежну тенденц≥ю - намаганн€ частинок розм≥щуватис€ безладно, розТЇднано. “ак, чим б≥льше п≥д час реакц≥њ зростатеме ентроп≥€ ≥ зменшуватиметьс€ ентальп≥€, тим б≥льше зменшуватиметьс€ енерг≥€ √≥ббса.

”мовою принциповоњ можливост≥ переб≥гу реакц≥њ Ї в≥дТЇмне значенн€ ΔG, тобто ΔG < 0.

ѕриклад 1

–озкладанн€ г≥дроген пероксиду при 298  ≥ атмосферному тиску:

2H2O2(г) → 2H2O(г) + O2(г) ΔG = − 250 кƒж

” цьому раз≥ ентальп≥€ зменшуЇтьс€ (ΔH<0), а ентроп≥€ зростаЇ (ΔS>0), тому й ΔG<0. ¬≥дбуваЇтьс€ спонтанний екзотерм≥чний процес розкладанн€ г≥дроген пероксиду.

ѕриклад 2

¬заЇмод≥€ азоту з киснем при температур≥ 298 ≥ атмосферному тиску маЇ в≥дпов≥дати р≥вн€нню:

N2 (г)+ 2O2 (г) → 2NO2 (г) ΔG = −104 кƒж

якщо ж ентроп≥€ зменшуЇтьс€ (ΔS<0), а ентальп≥€ зб≥льшутьс€ (ΔH>0), то величина зм≥ни енерг≥њ √≥ббса б≥льша в≥д нул€ (ΔG>0) ≥ процес спонтанно не в≥дбуваЇтьс€.

“ому реакц≥€ самочинноњ взаЇмод≥њ кисню з азотом не в≥дбуваЇтьс€, поск≥льки вона супруводжуЇтьс€ зниженн€м ентроп≥њ ≥ зб≥льшен€м ентальп≥њ.–еакц≥€ ендотерм≥чна, тому зм≥на енерг≥њ √≥ббса додатн€. ƒл€ переб≥гу такого процесу потр≥бно, щоб енерг≥€ надходила ззовн≥.

якщо в систем≥ не в≥дбуваЇтьс€ н≥ енергетичних зм≥н (ΔH=0) н≥ зм≥н ступен€ безладност≥ (ΔS=0), то G=0. “ака система перебуваЇ в стан≥ р≥вноваги.

ΔH=T ΔS

јбсолютн≥ значенн€ енерг≥њ √≥ббса G визначити неможливо. “ому важливо знати зм≥ну енерг≥њ √≥ббса ΔG при тих чи ≥нших перетворенн€х. ƒл€ визначенн€ ΔG €к ≥ у випадку визначенн€ зм≥ни ентальп≥њ, роботу, €ку виконують де€к≥ системи, умовно приймають за нуль. “ак, за нуль приймають роботу утворенн€ молекул простих речовин H2, O2, N2, Cl2, Br2 тощо.

 орисну роботу утворенн€ ≥нших речовин розраховують в≥дносно таких умов: концентрац≥њ вс≥х компонент≥в реакц≥њ (в умовах нер≥вноважноњ системи) беруть такими, що дор≥внюють 1 моль/дм³; температуру T = 298 K; тиск Ρ=101,3 кѕа.

“аке значенн€ енерг≥њ √≥ббса називаЇтьс€ стандартною енерг≥Їю √≥ббса ΔG0298. «наченн€ стандартних енерг≥й √≥ббса ΔG0298 утворенн€ речовини визначаютьс€ експериментально ≥ подаютьс€ в дов≥дков≥й л≥тератур≥.

як ≥ ΔH системи, ΔG не залежить в≥д способу проведен€ процесу а залежить т≥льки в≥д початкових ≥ к≥нцевих продукт≥в реакц≥њ. “ому зм≥на енерг≥њ √≥ббса дл€ х≥м≥чноњњ реакц≥њ дор≥внюЇ р≥зниц≥ м≥ж сумою енерг≥й √≥ббса утворенн€ ΔG продукт≥в реакц≥й ≥ сумою енерг≥њ √≥ббса утворенн€ вих≥дних речовин.

ΔG=Σ ΔG0прод.-Σ ΔG0вих речовин.

«м≥на енерг≥њ √≥ббса дл€ х≥м≥чноњ реакц≥њ

aј + bB = cC + dD

дор≥внюЇ:

ΔG=(cΔG0утв C+dΔG0утв D)-(aΔG0утв A+bΔG0утв B).

ќтже, знаючи ΔG0298 утворенн€ речовини можна розрахувати ΔG дл€ будь-€коњ реакц≥њ.

—л≥д зауважити, що висновки про можлив≥сть переб≥гу х≥м≥чноњ реакц≥њ зроблен≥ на основ≥ величини ΔG, обчисленоњ за стандартних умов. «м≥на температури, концентрац≥њ та ≥нших параметр≥в спричинюЇ зм≥ну ΔG ≥ тим самим зумовлюЇ зм≥ну висновк≥в про можлив≥сть переб≥гу реакц≥њ. ¬елик≥ додатн≥ значенн€ ΔG вказують на неможлив≥сть переб≥гу реакц≥њ за будь-€ких умов. якщо додатн≥ значенн€ ΔG мал≥ (до 40 кƒж/моль), то за рахунок зм≥ни концентрац≥њ реакц≥ю можна зд≥йснити, тобто при ΔG < 40кƒж/моль процес ще можливий.

ƒл€ х≥м≥чного процесу:

CO2 (г) + 2ΝH3 (г) = (ΝH2)CO2 (т) + H2O(г) ΔG = 0,99 кƒж

ΔG0 ц≥Їњ реакц≥њ мала позитивна величина.

«начить, процес утворенн€ сечовини за стандартних умов самов≥льно в≥дбуватис€ не може.

ќднак, в промисловост≥ одержують за ц≥Їю реакц≥Їю сечовину при нагр≥ванн≥ сум≥ш≥ CO2ΝH3 до 195-200 0— п≥д тиском 183-192 кѕа

ѕриклад 3

ќбчислити ΔG дл€ реакц≥њ:

ΝO (г) +1/2O2 (г) = ΝO2 (г)

«м≥на енерг≥њ √≥ббса

ΔG = ΔG0утв NO2 - (ΔG0утв NO+1/2ΔG0утв O2) = 51,8 - (126,8+0) = Ц 79 кƒж,

тобто реакц≥€ можлива ≥ в≥дбуваЇтьс€ за будь-€ких умов.

ѕриклад 4

ќбчислити ΔG дл€ реакц≥њ:

CаΟ(к) + C(к) = Cа(к) + CΟ(г)

«м≥на енерг≥њ √≥ббса

ΔG = (ΔG0утв CO + ΔG0утв Ca) = (ΔG0утв Caќ + ΔG0утв C) = (Ц137,2 + 0) Ц (Ц603,8 + 0) = =446,6 кƒж, тобто ΔG>0. ќтже, реакц≥€ неможлива.

ќднак, зворотн€ реакц≥€

(к) + CΟ(г) = CаΟ(к) + C(к) дл€ €коњ ΔG= Ц 466,6кƒж може в≥дбуватис€.

„им б≥льш≥ абсолютн≥ величини ΔG реагуючих систем, тим пов≥льн≥ше вступають в реакц≥ю речовини, тим б≥льше значенн€ роботи х≥м≥чного процесу. ≤ навпаки, речовини, €к≥ реагують м≥ж собою недостатньо енерг≥йно, зазнають невеликих зм≥н в≥льноњ енерг≥њ.

¬с≥ реакц≥њ, €к≥ супроводжуютьс€ великою втратою в≥льноњ енерг≥њ в≥дбуваютьс€ до к≥нц€, ≥нод≥ супроводжуючись вибухом.

Ќаприклад, утворенн€ алюм≥н≥й оксиду:

2Al+2/3O2== Al2O3 ΔG = Ц 1555кƒж/моль

 р≥м того, позитивний знак при ΔG0 показуЇ, що сполуки термодинам≥чно нест≥йк≥.

Ќаприклад, утворенн€ н≥троген (≤) оксиду ≥з азоту ≥ кисню супроводжуЇтьс€ зб≥льшенн€м в≥льноњ енерг≥њ:

ΔG0 N2O = 103,6 кƒж/моль

ќтже, величина в≥льноњ енерг≥њ (або енерг≥њ √≥ббса) системи Ї характеристикою реакц≥йноњ здатност≥ реагуючих речовин, а знак њњ вказуЇ на направлен≥сть процесу.

ѕитанн€ дл€ самоконтролю.

9.1 ўо вивчаЇ термодинам≥ка

9.2 „ому при проходженн≥ х≥м≥чноњ реакц≥њ вид≥л€Їтьс€ або поглинаЇтьс€ енерг≥€?

9.3 ўо таке ендотерм≥чн≥ та екзотерм≥чн≥ реакц≥њ?

9.4 ўо таке Дтермодинам≥чна системаФ?

9.5 як класиф≥кують системи в х≥м≥чн≥й термодинам≥ц≥?

9.6 ўо називаЇтьс€ параметром стану?

9.7 „ому теплота ≥ робота не €вл€ютьс€ параметрами стану?

9.8 ўо називаЇтьс€ процесом?

9.9 як≥ види процес≥в розр≥зн€ють в х≥м≥чн≥й термодинам≥ц≥?

9.10 ƒайте визначенн€ пон€тт€м внутр≥шньоњ енерг≥њ, роботи, ентальп≥њ.

9.11 як можна сформулювати перший закон термодинам≥ки?

9.12 ўо таке термох≥м≥чне р≥вн€нн€?

9.13 „им в≥др≥зн€Їтьс€ термох≥м≥чне р≥вн€нн€ в≥д х≥м≥чного?

9.14 як≥ особливост≥ термох≥м≥чних р≥вн€нь?

9.15 ¬ €ких одиниц€х вим≥рюЇтьс€ теплов≥ (енергетичн≥) ефекти х≥м≥чних реакц≥й?

9.16 „и р≥внозначн≥ пон€тт€ Утепловий ефект реакц≥њУ ≥ Уентальп≥€ реакц≥њУ?

9.17 як≥ умови в х≥м≥чн≥й термодинам≥ц≥ вважаютьс€ стандартними?

9.18 ўо називаЇтьс€ стандартною ентальп≥Їю утворенн€ речовини?

9.19 „ому стандартн≥ ентальп≥њ утворенн€ простих речовин часто не вказан≥ в дов≥днику?

9.20 ўо називаЇтьс€ стандартною ентальп≥Їю згор€нн€ речовини?

9.21 ƒл€ чого необх≥дно знати теплов≥ ефекти реакц≥й?

9.22 ¬≥д чого залежить тепловий ефект реакц≥њ?

9.23 який закон лежить в основ≥ розрахунку теплового ефекту реакц≥њ? —формулюйте його ≥ з нього насл≥док.

9.24 як визначити експерементально тепловий ефект
реакц≥њ?

9.25 як можна теоретично розрахувати тепловий ефект реакц≥њ?

9.26 як≥ два фактори визначають направлен≥сть самов≥льного процесу?

9.27 який ф≥зичний зм≥ст ентроп≥њ?

9.28 ¬ €ких одиниц€х визначаЇтьс€ ентроп≥€?

9.29 як можна сформулювати другий закон термодинам≥ки?

9.30 ¬≥д €ких фактор≥в залежить величина ентроп≥њ?

9.31 ўо таке Дстандартна ентроп≥€ речовиниФ? „ому њњ називають Дабсолютною ентроп≥ЇюФ?

9.32 „им в≥др≥зн€Їтьс€ енерг≥€ √ельмгольца в≥д енерг≥њ √≥ббса?

9.33 як розрахувати енерг≥ю √≥ббса реакц≥њ ≥ €к≥ висновки можна зробити на основ≥ цього розрахунку?

9.34 „ому зм≥на температури може зм≥нити напр€м х≥мчноњ реакц≥њ?

9.35 ўо називаЇтьс€ х≥м≥чною спор≥днен≥стю?

9.36 „и вс≥ види енерг≥њ вход€ть в пон€тт€ Дтепловий ефект реакц≥њФ?

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-11-05; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2170 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќачинать всегда стоит с того, что сеет сомнени€. © Ѕорис —тругацкий
==> читать все изречени€...

2112 - | 1885 -


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

√ен: 0.118 с.