Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Дативной связью. 2.66. sp3гибридизация. 2.67. Треугольная пирамида; разная величина момента диполя связей. 2.68. Линейное. 2.69. Отсутствие неспаренных электронов на МО. 2.71. Нет. 2.72. От 4 до 8 электронов.2.73. 2 — бесцветный, 1, 3, 4 — цветные. 2.74. Внутриорбитальной гибридизацией.ГЛАВА 3ЭНЕРГЕТИКАХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВНаряду с учением о строении вещества, теоретической основой современной химии является химическая термодинамика. Слово «термодинамика» происходит от греческихтермос (тепло) и динамос (сила, мощь).
Глава представляет собой введение в химическую термодинамику, которая изучает энергетические эффекты, сопровождающиехимические процессы, направление и пределы их самопроизвольного протекания.3.1.ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙОбщие понятия. Объектом изучения классической термодинамики является макроскопическая система. Систе2мой называется совокупность находящихся во взаимодействии веществ, мысленно (или фактически) обособленнаяот окружающей среды. Различают гомогенные и гетерогенные системы. Гомогенные системы состоят из одной фазы,гетерогенные — из двух или нескольких фаз. Фаза — эточасть системы, однородная во всех точках по составу исвойствам и отделенная от других частей системы поверхностью раздела.Одна и та же система может находиться в различныхсостояниях.
Каждое состояние системы характеризуетсяопределенным набором значений термодинамических параметров. К термодинамическим параметрам относятсяГЛАВА 3. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ125температура, давление, плотность, концентрация и т. п.Изменение хотя бы одного термодинамического параметра приводит к изменению состояния системы в целом.Термодинамическое состояние системы называют рав2новесным в том случае, если его термодинамические параметры одинаковы во всех точках системы и не изменяются самопроизвольно (без затраты работы) во времени.Химическая термодинамика изучает переходы системы изодного равновесного состояния (начального) в другое (конечное). При переходах параметры состояния системымогут меняться либо оставаться без изменения.
Если процессы перехода системы происходят при постоянстве какихлибо параметров системы, то они называются:· изобарическими (р = соnst);· изохорическими (V = соnst);· изотермическими (Т = соnst);· изобарноизотермическими (р = соnst, Т = соnst) и т. д.Химическая термодинамика позволяет установить только возможность (невозможность) протекания процессов иих энергетические эффекты, но не может определить скорость этих процессов.В последние годы получила развитие термодинамиканеравновесных процессов, которая изучает и скоростихимических реакций.
Основополагающий вклад в ее развитие внес И. Пригожин (Бельгия). Однако рассмотрениеэтого направления термодинамики выходит за пределыданного издания.Для описания термодинамических свойств системы используют функции состояния системы, которые называются характеристическими функциями. Наибольшее значение имеют пять основных функций: внутренняя энергия U,энтальпия Н, энтропия S, энергия Гиббса G и энергия Гельмгольца F.
Характеристические функции не зависят от способа (пути) достижения данного состояния системы и однозначно определяются параметрами системы (давлением, температурой и др.). То есть для данного состоянияхарактеристические функции принимают единственное,присущее этому состоянию значение. В то же время величины характеристических функций зависят от количества126ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИили массы вещества, поэтому их принято относить к одному молю вещества.Внутренняя энергия, теплота и работа. При проведении химической реакции изменяется внутренняя энергиясистемы U. Внутренняя энергия включает в себя кинетическую и потенциальную энергии молекул, атомов, ядер,электронов и других частиц, образующих систему, а также энергию взаимодействия между частицами, внутриядерную и другие виды энергии. Внутренняя энергия невключает кинетическую энергию движения системы какцелое и потенциальную энергию ее положения. Как и любая характеристическая функция, внутренняя энергиязависит от состояния системы.
Она представляет собойспособность системы к совершению работы или передачетеплоты. Абсолютное значение внутренней энергии нельзяизмерить. Однако можно определить ее изменение DU припереходе из одного состояния в другое:DU = U2 – U1,где U2 и U1 — внутренняя энергия системы в конечном иначальном состояниях. Значение DU положительно (DU >> 0), если внутренняя энергия системы возрастает.Изменение внутренней энергии можно измерить с помощью работы и теплоты, так как система может обмениваться с окружающей средой веществом или энергией вформе теплоты Q и работы A.Теплота Q представляет собой количественную мерухаотического движения частиц данной системы или тела.Энергия более нагретого тела в форме теплоты передаетсяменее нагретому телу. При этом не происходит переносавещества от одной системы к другой или от одного тела кдругому.Работа A является количественной мерой направленного движения частиц, мерой энергии, передаваемой отодной системы к другой за счет перемещения вещества отодной системы к другой под действием тех или иных сил,например гравитационных.Теплота и работа измеряются в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж), мегаджоулях (МДж) и т.
д. ПоложительГЛАВА 3. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ127ной (A > 0) считается работа, совершаемая системой против действия внешних сил, и теплота (Q > 0), подводимаяк системе. В отличие от внутренней энергии, работа и теплота зависят от способа проведения процесса, т. е. они являются функциями пути.Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает пер2вый закон термодинамики:Q = DU + A.(3.1)Выражение (3.1) означает, что теплота, подведенная ксистеме, расходуется на приращение внутренней энергиисистемы и на работу системы над окружающей средой.Первый закон термодинамики является формой выражения закона сохранения энергии.
Согласно этому закону энергия не может ни создаваться, ни исчезать, номожет превращаться из одной формы в другую.Итак, любая система характеризуется внутренней энергией, мерами измерения которой служат теплота и работа.Приращение внутренней энергии системы в любом процессе равно сумме теплоты, подведенной к системе, и работы, которую совершают внешние силы над системой.Энтальпия системы и ее изменение. Работу A можноразделить на два слагаемых: работу расширения р × DV (р == соnst) и другие виды работ A¢, кроме работы расширения:A = A¢ + p × DV,где р — внешнее давление; DV — изменение объема (DV == V2 – V1); V2 — объем продуктов реакции; V1 — объем исходных веществ.Соответственно уравнение (3.1) при постоянном давлении запишется в видеQp = DU + A¢ + p × DV.Если на систему не действуют никакие другие силы,кроме постоянного давления, т.
е. в ходе химического процесса единственным видом работы является работа расширения, то A¢ = 0.В этом случае уравнение (3.1) запишетсяQp = DU + p × DV.(3.2)128ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИПодставив DU = U2 – U1, получимQр = U2 – U1 + p × V2 – p × V1 = (U2 + p × V2) – (U1 + p × V1). (3.3)Характеристическая функция:U+p×V=H(3.4)называется энтальпией системы.Энтальпия — одна из термодинамических функций,характеризующих систему, находящуюся при постоянномдавлении.Подставив уравнение (3.4) в (3.3), получимQp = H2 – H1 = DH.(3.5)Как следует из уравнения (3.5), в случае изобарического процесса (р = соnst) теплота, подведенная к системе,равна изменению энтальпии системы.
Как и другие характеристические функции, энтальпия зависит от количества вещества, поэтому ее изменение (DН) обычно относят к 1 моль и выражают в кДж/моль.Таким образом, изменение энергии системы при изобарических процессах характеризуют через их энтальпии DН.Тепловой эффект химических реакций. Изменениеэнергии системы в ходе химической реакции при условии,что система не совершает никакой другой работы, кро2ме работы расширения, называется тепловым эффектомхимической реакции. При постоянном давлении (изобарических условиях) тепловой эффект реакции равен изменению энтальпии системы DН [см. уравнение (3.5)].Если система находится в изохорических условиях (V == const, DV = 0), то из уравнения (3.2) следуетQV = DU,(3.6)т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
