Енергия от химични реакции

странични реакции енергия изследвани в раздели химия наречени термохимия и химични термодинамиката.

Термодинамика на базата на критериите за енергийни - термодинамични потенциали дава отговор на въпроса дали принципът е възможно, или че химичен процес в тези условия или не. Промяна в термодинамичен потенциал, който характеризира този процес е неговата движеща сила. Най-често се използва като движеща сила на енергията промяната на Гибс, или изобарен-изотермичен потенциал. показателно за процес на преход от първоначалните до крайното състояние (реагенти или изходни материали в реакционния продукт) при постоянна температура и налягане в системата:

Ако. процесът е по същество е възможно, ако. процесът е невъзможно. Колкото по-малко. толкова по-силен ангажимент към потока на процеса, и колкото по-далеч е от състоянието на равновесие, като в този.

Гибс енергия промяна е в резултат на приноса на два фактора: ентропията и енталпията.

Ентропията фактор. което е характерно за промяна в ентропията на системата по време на прехода от първоначалното до крайното състояние

отразява тенденцията на системата, за да се премине от една по-подредено състояние на по-малко подреден, т.е. от по-малко вероятно да е по-вероятно. може да бъде осигурено по-голяма стойност на ентропията, и по-вероятно състояние, характеризиращо се с това от голям брой микроскопични система. За неподредени хаотични системи като голяма част от microstates защото заболяването включва огромен брой комбинации на взаимното разположение на частици. Следователно, тази система е по-вероятно и се характеризира с голяма положителна стойност ентропията. Ако системата е наредил, омрежен, а след това се намира в относителното положение на частицата обикновено здраво свързани помежду си или химични сили на молекулни взаимодействия не разполагат с достатъчно степени на свобода за движение една спрямо друга, за да образуват нови комбинации от взаимен уговорка. Следователно, броят на microstates на системата е малък, а вторият се характеризира с ниска стойност на ентропията. Въз основа на изложеното по-горе, процесът определя спонтанност положителни промени ентропия и.

Enthalpy фактор характеризира тенденцията на преход от по-високо енергийно състояние на по-малко висока, системата енталпия вариация изразява в прехода от едно състояние в друго:

Общият принос на двата фактора се отразява в израза променя изобарен-изотермичен потенциал:

От началото на процеса се определя от спонтанността на неравенство. можете да видите, че тя се насърчава от положителна промяна в процеса на ентропия (преход на системата от по-подреден до по-малко подредено състояние) и негативна промяна в енталпията на процеса (преход на системата от по-високо енергийно състояние на по-малко висока).

В общия случай, стойността, определена от комбинираната приноса на два фактора. В това отношение могат да бъдат идентифицирани 4 случая.

1). , В този случай, методът по всяко възможно температура.

2). , В този случай, методът е термодинамично инхибира () в целия диапазон от условия (обратния процес ще настъпи спонтанно).

3). , В този случай процесът се определя от два фактора спонтанност баланс. Спонтанно процес съответства състояние. което съответства на температурния диапазон. Може да се види, че такава ситуация възниква при високи температури, по-ниската гранична стойност се определя.

4). , Както и в предишния случай, процесът на спонтанно определя от баланса на ентропията и енталпия на фактори. По-специално, в съответствие с изискванията на спонтанна природа на процеса се определя от неравенството. което съответства на температурния диапазон. Тази ситуация възниква при ниски температури, горна гранична стойност се определя.

От позициите (1), (2), (3)), че стойностите. и определя окончателната и първоначалното състояние на системата. Това отваря възможност за определяне, въз основа на данни, характеризиращи началните и крайните състояния на системата. За химични реакции

промяна ентропията при стандартни условия (298К, 101,3 kPa) се определя от:

където - ентропия J-ти и аз-ти реагент съответно при стандартни условия.

Стойности ентропии различни прости и сложни вещества са дадени в съответните директории.

Енталпия процес (промяна в N) за реакция (5) дава с:

и където - топлината на образуване на й-ти продукт и аз-ти агент на прости вещества при стандартни условия.

Промяна на изобарно-изотермично потенциал за реакция (5) дава с:

и където - изобарно-изотермично промяна в потенциала по време на образуването на реагентите и реакционните продукти на прости вещества при стандартни условия.

Очевидно е, че движещата сила на процеса () може да бъде изчислена по формулата (8), ако има преки доказателства. Ако тези данни не са на разположение, първо трябва да се изчислява, както и. след това от уравнение (4) е решен.

Стойностите и различни комплексни съединения са изброени в съответните директории. и прости вещества са равни на нула.

Раздел термодинамиката проучванията за топлинен ефект и методи на изчисление, наречен термохимия.

Топлината на системата за химическа реакция влияе на енергийно състояние и може да бъде важно при избора на условията на потока на дадена реакция. Както ще бъде показано по-долу при постоянна температура и налягане, топлината на реакцията и енталпия на процеса е по този начин отразява приноса на промяната в изобарно-изотермично потенциала на фактора на мощността.

В съответствие със закона за запазване на енергията (първи закон на термодинамиката) топлина, получена от системата, има промяна в своята вътрешна енергия и да изпълни работа A:

Както G и Н, вътрешната енергия е функция от състоянието на системата и следователно се определя от промяната на финала и първоначалното състояние:

Топлина и работа, не са държавни функции, тъй като те са форми на предаване на енергия и свързани с процеса, а не за състоянието на системата.

В химични реакции А - работа срещу външен натиск, т.е. за първо приближение. където - за да промените силата на звука на системата.

Тъй като повечето химични реакции се извършва при постоянно налягане, след това за изобарно-изотермичен метод (.), Топлина на реакцията е равна на

Сума наречен енталпия метод (Н). От израза (11) следва, че процеса на топлина при постоянна температура и налягане функция състояние придобива свойства, т.е. Тя не зависи от начина, по който процесът се случва, и е равна на промяната на енталпията на системата

По този начин, енталпията е държавна функция, тъй като тя е варирала се определя само от началното и крайното състояние на системата. Това се вижда лесно, че топлината на реакцията в изохорен-изотермичен метод (V = конст.), Където. е промяната във вътрешната енергия на системата:

Загрява се и химични процеси, протичащи в и. Те наречен топлинни ефекти.

Изчисленията са на базата на топлинни ефекти вследствие на право Хес: топлинен ефект е равна на разликата между сумата на топлини на образуването на реакционни продукти и сумата от топлини на образуване на изходните материали с стехиометрични коефициенти на формулите на тези вещества в уравнението на реакцията.

Количествено изчисление топлинен ефект е представено с формула (7). Характеристики на изчисляването на това уравнение са:

- в уравнение (7) съответства на стойността на състоянието на агрегация в който реагента или продукта на реакцията влиза в стехиометрично уравнение (5);

- коефициентите на уравнение (7) може да бъде частична, ако е необходимо да се определи термичната ефект на един мол от реакционните продукти или реагентите.

В съответствие с правото на Хес топлинният ефект от сложен процес е сумата от топлинните ефекти от неговите етапи. По този начин, образуването на въглероден оксид (IV) от графит и кислород може да се разглежда като резултат от директно взаимодействие на прости вещества

или като резултат от процеса, преминаващ през междинния етап на образуване на въглероден окис и горене (II)

Обобщавайки уравнения (14) и (15), имаме

Сравнение на уравнение (13) и (16) има.