Первое начало термодинамики. Энтальпия - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика

Это закон сохранения энергии. Подводимая к системе теплота Q расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы А:

Q = U + А

Здесь U = U2 - U1, где 1 означает начальное, 2 - конечное состояние, А означает все нетепловые формы передачи энергии: механическую работу (например, работу расширения в цилиндре двигателя), электрическую работу источника тока, электромагнитное излучение и др.

Допустим, что никакой работы не совершается, А = 0: нет электрического тока, нет излучения, нет работы расширения (V = const, то есть процесс изохорный). Тогда Q = U. Теперь можно дать более наглядное определение U, прямо опирающееся на эксперимент: Внутренняя энергия U - это функция состояния, изменение которой равно тепловому эффекту изохорного процесса.

Q - подводимая теплота. Но если мы не подвели, а отвели 100 Дж - применим ли закон? Конечно, только Q = -100 Дж.

Далее рассмотрим изобарный процесс, р = const. Теперь уже объем не постоянен, возможна работа. Для наглядности рассмотрим цилиндр с поршнем. 1 и 2 - начальное и конечное положения поршня, S - его площадь, h - перемещение. Допустим, содержимое цилиндра нагрелось, расширилось и совершило работу (подняло груз).

F = pS; A = Fh = pSh = pV = p(V2-V1);

Q = U+A = U+pV = U2-U1+PV2-pV1 = (U2+pV2)-(U1+pV1) = (U+pV)2-(U+pV)1.

Напрашивается еще одна функция состояния H = U+pV, такая, что при изобарном процессе Q = H.

Энтальпия Н - функция состояния системы, изменение которой равно тепловому эффекту изобарного процесса.

Допустим, у нас есть сосуд с идеальной теплоизоляцией, а в нем растворы кислоты и щелочи, разделенные перегородкой. Мы убираем перегородку, происходит реакция. Что с температурой? Она повышается. Что с энтальпией? Она пока не меняется! Ведь теплота наружу не выделилась! Q = 0 по условию. Когда мы говорим, что процесс экзотермический, что теплота выделяется, то предполагаем, что процесс идет при постоянной температуре, а теплоту все время отводят. Поэтому указывают H при постоянной температуре. Значит, для определения H мы должны охладить продукты до начальной температуры и определить Q (<0) либо экспериментально, либо расчетом через теплоемкости.

Экзотермическим процессам соответствует H (или U) < 0 - система теряет энергию, а эндотермическим H (или U) > 0.

Не пишите H в химические уравнения! Это не продукт реакции, а разница между функциями состояния продуктов и исходных веществ.

Грамотная запись: С + О2 = СО2; H = -394 кДж/моль.

Нестрогие, но приемлемые записи: С + О2 = СО2 + Q; С + О2 = СО2 + 394 кДж; они показывают, что мы получили новое вещество и теплоту.

Неграмотная запись: С + О2 = СО2 - H.

Похожие статьи




Первое начало термодинамики. Энтальпия - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика

Предыдущая | Следующая