Таким образом, пользуясь табличными значениями теплот образования или сгорания веществ, можно рассчитать теплоту реакции, не прибегая к эксперименту. Табличные величины теплот образования и сгорания веществ обычно относятся к т.н. стандартным условиям.
Стандартные условия – стандартные физические условия, определяемые давлением 101325 Па (760 мм рт.ст.) и абсолютной температурой 273.15 К, при которых объем 1 моль идеального газа равен 0.022414 м3.
Для расчёта теплоты процесса, протекающего при иных условиях, необходимо использовать и другие законы термохимии, например, закон Кирхгофа, описывающий зависимость теплового эффекта реакции от температуры.
Если начальное и конечное состояния химической реакции (реакций) совпадают, то ее (их) тепловой эффект равен нулю.[6]
Важность закона Гесса состоит в том, что можно просчитать тепловой эффект практически любой химической реакции, несмотря на то, как протекает реакция.
Ни одна химическая реакция не проходит без затрат или выделения определенного количества энергии, или тепла. Это происходит оттого, что в каждом веществе изначально присутствует некое количество энергии. Причем в разных веществах это количество разное.
На основе разницы между запасом энергии в исходных веществах и продуктах реакции выделяют два типа реакций.
Первый тип – реакции с выделением тепла, или экзотермические (от греч. экзо – наружу) реакции. К нему относятся реакции, в которых запас энергии исходных веществ больше, чем запас энергии продуктов реакции.
Реакции, в которых продукты имеют больший запас энергии, относят ко второму типу – реакции с поглощением тепла, или эндотермические(от греч. эндо – внутрь). Тепловой эффект, т. е. количество теплоты, выделившееся или поглощенное во время протекания реакции, обозначается символом Q и измеряется в килоджоулях (кДж). Мы называем это явление тепловым эффектом, хотя точнее было бы говорить об энергетическом эффекте реакции.
Химики изображают изменение энергии веществ в ходе протекания реакций с помощью так называемых энергетических кривых. Их изучению будет посвящена одна из глав моего реферата.
Следует обратить внимание на способ записи уравнений реакции, если в ходе их протекания учитывается тепловой эффект. Такие уравнения называются термохимическими и строятся с некоторым отличием от реакций, при проведении которых тепловой эффект не учитывается. Например:
2 H2 (г.) + O2 (г.) = 2 Н2О (ж.) + 572 кДж
2 H2 (г.) + O2 (г.) = 2 Н2О (г.) + 484 кДж
Как видно из этих уравнений, при записи термохимического уравнения реакции нужно отмечать агрегатные состояния веществ, вступающих в реакцию, и ее продуктов. Это важно, так как при переходе из одного агрегатного состояния в другое вещество ВСЕГДА меняет свой запас энергии (см. уравнения). Также следует отметить, что при записи термохимического уравнения нужно отмечать, выделилась энергия или поглотилась, и в каких количествах. Тепловой эффект соответствует коэффициентам в уравнении. Причем тепловой эффект прямо пропорционален количеству вещества. То есть, чем больше исходных веществ мы возьмем, тем больше получим выделившейся или поглощенной энергии. При этом следует помнить, что в таком случае нужно взять больше ВСЕХ исходных веществ, иначе реакция протечет не полностью, и разницы в тепловом эффекте не будет.
Тепловой эффект зависит не только от количества реагирующих веществ и продуктов реакции и их природы, но и от внешних факторов, таких как температура и давление. При этом внешние факторы могут оставаться неизменными, тогда мы будем иметь дело с изобарными и изотермическими процессами.
Изобарный процесс (др.-греч. ισος — «одинаковый»и βαρος — «вес») — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении.
Изотермический процесс — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.
Изохорный процесс (от др.-греч. ισος — «ровный», и chora — «пространство, занятое место») — это термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.
Также при проведении реакции в условиях одного из вышеуказанных процессов, мы можем говорить об энтальпии системы.
Энтальпия (также тепловая функция и теплосодержание) — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии (см. Глава первая) и числа частиц.
Знание тепловых эффектов химических реакций имеет большое практическое значение, как в химии, так и в других областях науки (например, физике и медицине). Так при проектировании промышленного реактора необходимо знать, сколько тепловой энергии должно затрачиваться или будет выделяться в ходе реакции за единицу времени. В первом случае необходимо предусмотреть приток энергии для поддержания реакции, например путем подогрева реактора. Во втором случае, наоборот, необходимо эффективно отводить излишек теплоты, иначе произойдет перегрев реактора со всеми вытекающими отсюда последствиями, вплоть до взрыва.
[1] История алхимии от Гермеса Трисмегиста до эпохи Просвещения [Электронный ресурс]// Сайт художественно-исторического музея «Планета Small Bay». – Электрон. Данные. – М., 2010. – Режим доступа: http://smallbay.ru/alchemia.html, свободный. – Загл. С экрана. – Данные соответствуют 20. 11. 2010
[2] А. В. Мануйлов, В. И. Родионов Основы химии. Электронный учебник.[Электронный ресурс] // - Электрон. данные. – М.,2010. – Режим доступа: http://www.hemi.nsu.ru/ucheb211.htm, свободный. – Загл. С экрана. – Данные соответствуют 20.11.2010.
[3] Здесь и далее – химические реакции.
[4] См. Глава третья, стр. 8
[5] Материал из Википедии – Свободной энциклопедии. http://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Гесса, данные соответствуют 31.01.2011
[6] Там же.