Термохимия. Термохимические уравнения. Термохимические расчёты

Раздел химии или химической термодинамики, занимающийся расчётами тепловых эффектов, называется термохимией.

В этом случае в состав уравнения химических реакций вводят и их тепловой эффект, а также указывают фазовые состояния веществ (к – кристаллическое, т- твердое, ж- жидкость, г – газ, р- раствор). Например:

Поскольку условия получения различных веществ и их устойчивость в тех или иных условиях могут существенно различаться, вводят также и такие понятия как стандартные условия, стандартное состояние вещества и стандартная энтальпия образования вещест­ва.

За стандартные условия принимают стандартное давление 0,1 Мпа, или 1 атм и стан­дартную температуру 25°С, или 298 К.

Стандартным состоянием вещества называется его состояние, наиболее устойчивое в стандартных условиях. Например, вода может находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (лёд), жидком и газообразном (пар). Из них при стандартных условиях наиболее ус­тойчивым является жидкое, которое и считается стандартным. Для металлов, за исключением ртути, стандартным состоянием является твёрдое (кристаллическое), а для ртути - жид­кое. Такие вещества, как водород Н₂, углекислый газ С0₂, азот N2 и другие, в стандартном состоянии газообразны.

Энтальпии (теплоты) образования веществ в стандартном состоянии и стандартных условиях называются стандартными, и обозначаются символом 𝛥Н°₂₉₈ обр или 𝛥Н°₂₉₈ г. В последнее время - просто как 𝛥Н°₂₉₈- Верхний индекс отмечает стандартное состояние веще­ства, нижний - стандартную температуру. Теплота образования вещества связана с его коли­чеством и выражается в Дж/моль или кДж/моль.

Следует отметить, и это с очевидностью следует из принятого определения энтальпии образования вещества, что стандартные энтальпии образования простых веществ 𝛥Н°_0бР298 (например, 0_{2 (Г)}, Н_{2 (Г)}, С _{(графит)} и др.) условно приняты равными нулю.

Если химический элемент образует несколько простых веществ, то стандартным счи­тается наиболее устойчивое из них при стандартных условиях. Например, элемент кислород образует два простых вещества: О₂ и О_з (озон). Известно, что наиболее устойчивым из них при стандартных условиях является О₂, поэтому стандартная теплота его образования счита­ется равной нулю. Теплота же образования озона составляет -142 кДж/моль, поскольку при его образовании из молекулярного кислорода О₂ поглощается 142 кДж.

Теплоты (энтальпии) образования соединений, которые могут быть получены непо­средственно из соответствующих простых веществ, определяют экспериментально. Их стан­дартные значения сведены в специальные термодинамические справочники. По справочным данным можно, не прибегая к эксперименту, рассчитывать тепловые эффекты различных ре­акций и проводить другие вычисления. Например, когда какое-то вещество невозможно экс­периментально получить из простых веществ, то энтальпию его образования вычисляют, ис­ходя из косвенных данных.

В основе термохимических расчётов реакций лежит закон Гесса: