Читаем Общая химия. Учебное пособие полностью

Углекислый газ может быть получен в одну стадию; тепловой эффект этой стадии равен ΔH. Двухстадийный путь состоит в окислении графита сначала до CO (тепловой эффект стадии равен ΔH1), а затем до CO2 (тепловой эффект ΔH2). При обоих способах проведения процесса система переходит из одного и того же начального состояния (графит) в одно и то же конечное (углекислый газ), поэтому, согласно закону Гесса, ΔHH1H2.

В химических справочниках невозможно привести тепловые эффекты всех реакций. Но из закона Гесса можно получить важные следствия, позволяющие вычислить ΔH почти всех процессов. Для этого введем определения.

Теплотой образования вещества называется тепловой эффект реакции получения 1 моля этого вещества из простых веществ[3] (обозначается ΔHof , кДж/моль).

Теплотой сгорания вещества называется тепловой эффект сгорания 1 моля этого вещества (ΔHo , кДж/моль).

Для многих веществ ΔHof и ΔHo приведены в справочниках (см., например, подробный on-line справочник или краткую таблицу 1 приложения). Рассмотрим схему:

Исходные вещества и продукты некоторой реакции, имеющей искомый тепловой эффект ΔH, можно получить из одних и тех же простых веществ (тепловые эффекты ΔH1 и ΔH2 равны суммарным теплотам образования исходных веществ и продуктов соответственно). Поэтому, согласно закону Гесса:

Это равенство выражает первое следствие из закона Гесса. Например, для реакции

2 NO(г) + O2(г) → 2 NO2(г)

ΔHo = 2ΔHof (NO2 , г) - [2ΔHof (NO , г) + ΔHof (O2 , г)

Для простых веществ ΔHof = 0, поэтому ΔHo = 2ΔHof (NO2 , г) - 2ΔHof (NO , г)

Рассмотрим другую схему:

Очевидно, что исходные вещества и продукты некоторой реакции всегда дают одни и те же продукты сгорания. Поэтому, согласно закону Гесса:

Это равенство выражает второе следствие из закона Гесса.

<p><strong>1.2 НАПРАВЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ</strong></p>

В механических системах самопроизвольно протекают процессы, в которых уменьшается потенциальная энергия, т.е. критерием самопроизвольности служит неравенство ΔEп<0. Для химических процессов имеются аналогичные критерии. В XIX веке таким критерием считали выполнимость условия ΔH<0 (принцип Бертло). Это казалось правдоподобным, т.к. при ΔH<0 (в экзотермической реакции[4]) система переходит в состояние с меньшей энергией. Однако впоследствии было обнаружено много нарушений принципа Бертло (невозможность протекания некоторых экзотермических реакций и возможность – некоторых эндотермических[5]). Поэтому принцип Бертло в настоящее время не применяется. Его нарушение связано с влиянием энтропии.

Состояние вещества можно охарактеризовать двояко: 1) Указать значения измеряемых свойств, например, температуру и давление. Это характеристики макросостояния. 2) Указать мгновенные характеристики каждой частицы вещества – ее положение в пространстве, скорость и направление перемещения. Это характеристики микросостояния.

Поскольку тела состоят из огромного количества частиц, то данному макросостоянию соответствует колоссальное число различных микросостояний. Это число называется термодинамической вероятностью W. С ней связано одно из фундаментальных свойств вещества – энтропия:

S = k ln W,

где k[6] – постоянная Больцмана.

Энтропию измеряют в Дж/К, а для одного моля – в Дж/(моль·К). По смыслу энтропия является мерой неупорядоченности системы. Так, для одного и того же вещества она имеет наибольшее значение в газообразном состоянии и наименьшее – в твердом, а для разных веществ в одном и том же агрегатном состоянии определяется сложностью структуры молекул[7]. Любая система имеет тенденцию к самопроизвольному росту энтропии (ΔS>0). С другой стороны, согласно принципу Бертло, имеется тенденция к снижению энтальпии (ΔH<0). Эти два фактора учитываются в уравнении изобарно-изотермического потенциала:

G=HTS ,

где T – абсолютная температура.

Величина G называется также энергией Гиббса и является одним из важнейших термодинамических потенциалов. При постоянных температуре и давлении[8] изменение энергии Гиббса в процессе определяет возможность его самопроизвольного протекания:

ΔGHTΔS

Если для некоторой реакции ΔG<0, то она может протекать самопроизвольно, при ΔG>0 реакция принципиально неосуществима; ΔG=0 отвечает состоянию равновесия.

График зависимости ΔG от температуры может иметь различный вид в зависимости от знаков ΔH и ΔS (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Графики зависимостей ΔG от температуры.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Алхимия
Алхимия

Основой настоящего издания является переработанное воспроизведение книги Вадима Рабиновича «Алхимия как феномен средневековой культуры», вышедшей в издательстве «Наука» в 1979 году. Ее замысел — реконструировать образ средневековой алхимии в ее еретическом, взрывном противостоянии каноническому средневековью. Разнородный характер этого удивительного явления обязывает исследовать его во всех связях с иными сферами интеллектуальной жизни эпохи. При этом неизбежно проступают черты радикальных исторических преобразований средневековой культуры в ее алхимическом фокусе на пути к культуре Нового времени — науке, искусству, литературе. Книга не устарела и по сей день. В данном издании она существенно обновлена и заново проиллюстрирована. В ней появились новые разделы: «Сыны доктрины» — продолжение алхимических штудий автора и «Под знаком Уробороса» — цензурная история первого издания.Предназначается всем, кого интересует история гуманитарной мысли.

Вадим Львович Рабинович

Культурология / История / Химия / Образование и наука
Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное
Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное

Любознательность – вот то качество, которое присуще подавляющему большинству потомков Адама и Евы, любопытство – главная движущая сила великих научных открытий и выдающихся культурных достижений, грандиозных финансовых предприятий и гениальных свершений в любой сфере человеческой деятельности.Трехтомное издание, предлагаемое вашему вниманию, адресовано любознательным. Это не справочник и тем более не учебник. Главная его задача – не столько проинформировать читателя о различных занимательных и малоизвестных фактах, сколько вызвать деятельный интерес к той или иной области знаний. Его цель – помочь каждому из вас вовремя осознать свой талант и пробудить в себе музыканта, художника, поэта, бизнесмена, политика, астронома, экономиста.Книга предназначена не только школьникам, студентам, но и зрелым людям, для которых она станет надежным средством отрешиться от повседневных забот и осознать неисчерпаемое многообразие окружающего мира.Третий том посвящен физике, химии, технике, истории и археологии.

Анатолий Павлович Кондрашов

История / Медицина / Физика / Химия / Энциклопедии / Биология / Образование и наука / Словари и Энциклопедии