Законы термохимии

с амым важным выводом из первого закона термодинамики относительно химии является закон, открытый в 1840 г. русским ученым Г. Гессом: тепловой эффект химической реакции не зависит от пути ее протекания, а определяется только начальным и конечным состояниями системы.

Например, сжигая графит в кислороде, можно получить оксид углерода (IV) непосредственно:

С(графит)+ О₂г= С0_2(г); ∆ Н = -393, 5 кДж

или по стадиям:

С(графит)+ ¹/₂0_2(r) = СОг; ∆ Н₁ = -110, 5 кДж;

CO_(r) + ¹/₂0_{2 (r)} = C0_2(r); ∆ Н ₂ = -283, 0 кДж.

Общий тепловой эффект в обоих случаях будет одинаков:

∆ Н = ∆ Н₁ + ∆ Н ₂ =-393, 5 кДж.

Следовательно, для экспериментального определения теплового эффекта какого-то сложного химического процесса нет надобности определять тепловые эффекты каждой стадии. Это имеет исключительно большое значение для биологических процессов, которые являются сложными. Так, глюкоза, основной энергетический материал организма человека и животных, испытывает в мышцах сложные превращения, образовывая конечные продукты окисления - углекислый газ и воду. В термохимических вычислениях, в частности для определения калорийности пищевых продуктов, достаточно знать тепловой эффект суммарной реакции:

С₆Н₁₂О₆ + 60₂ = 6Н₂0 + 6СО₂; ∆ Н ° = -2802, 8 кДж

не определяя тепловые эффекты многих промежуточных реакций.

Большое значение в термохимических вычислениях имеют следствия, которые вытекают из закона Гесса.

Первое следствие. Энтальпия разложения любого химического соединения равняется энтальпии ее образования по абсолютной величине и противоположная по знаку (это следствие иначе называют законом Лавуазье - Лапласа). Это утверждение непосредственно вытекает из того, что тепловой эффект кругового процесса должен равняться нулю.

Второе следствие. Тепловой эффект реакции равняется разнице алгебраических сумм энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ.

Третье следствие. Тепловой эффект реакции равняется разнице алгебраических сумм энтальпий сгорания исходных веществ и продуктов реакции.

Кроме приведенных выше следствий из закона Гесса, для термохимических вычислений используют еще и такие:

а) если две реакции имеют одинаковые продукты, но разные исходные вещества, то разница между тепловыми эффектами этих реакций является тепловым эффектом перехода одного исходного вещества в другое.

Таким образом, применяя закон Гесса, можно вычислить тепловые эффекты отдельных реакций, особенно промежуточных стадий, которые экспериментальным путем определить невозможно.

Кроме того, закон Гесса дает возможность определить тепловые эффекты других химических процессов, например, гидратации ∆ Н _гидрат, нейтрализации ∆ Н _нейтр. и тому подобное.

Определение теплоты гидратации. Количество теплоты, которая выделяется при присоединении к одному молю твердой безводной соли соответствующего количества кристаллической воды до образования стойкого кристаллогидрата, называют теплотой гидратации. Ее вычисляют по разнице энтальпий растворения безводной соли и соответствующего кристаллогидрата.

Энтальпией растворения называют количество теплоты, которая выделяется или поглощается при растворении одного моля вещества в большом количестве растворителя (200-500 моль).

Энтальпия реакции нейтрализации - это тепловой эффект реакции нейтрализации молярной массы эквивалента кислоты (основания) соответствующим количеством основания (кислоты).