Топлината на согорувањето се подразбира како однос на ослободената топлина со масата на горивниот елемент што бил потрошен, или на друг начин, количината на топлина ослободена од единица маса на гориво за време на неговото целосно согорување. Топлината на согорувањето на горивото е интегрална карактеристика. За да ја одредите топлината на согорувањето, можете да го користите методот на калориметрија. Суштината на овој метод е дека изворот на топлина се става во затворен сад, реакцијата се изведува и топлината што се ослободува се отстранува додека температурата на производите од согорувањето не стане еднаква на почетната температура на изворот на топлина. Измерената количина на топлина се дели со масата на горивото во калориметарот.
Топлината на согорувањето на вака дефинираната КТ е различна од промената на хемиската енергија AU Xна разликата во топлинските капацитети на почетните и крајните супстанции.
Навистина, пред да се стави во калориметар, горивото имаше енергетска резерва од еден килограм:
Каде U XT- хемиска енергија на ТТ; c t е топлинскиот капацитет на топлинскиот трансформатор; Т- температура на која започнува и завршува калориметријата.
По согорувањето, енергетската резерва на горивото е еднаква на U x ап 4- c np dT + Q,Каде U x a- одредена количина на хемиска енергија, сметана од претходното ниво. Оттука,
каде 
Вредноста на c t - c ir = пред сè зависи од условите на калориметријата (се изведува при постојан притисок или волумен).
Секое хемиско соединение има свое ниво на хемиска енергија, што се карактеризира со топлина на формирање.
Топлината на формирање се подразбира како количина на ослободена топлина (-D Hf)или се апсорбира (+D Hf)кога од едноставни материи се формира хемиско соединение.
За да се изврши термодинамичка пресметка на составот и параметрите на работниот процес на производите на согорување, се користат релативни вредности на енталпија (разликата во вредностите на енталпија на супстанциите во различни состојби) со одредена условна референтна точка. Оваа условна референтна точка може да биде произволна, но е иста за сите супстанции кои учествуваат во процесот - стандардната состојба. За H 2, 0 2, N 2, F 2, C1 2, енталпијата на гасовита молекуларна состојба се зема како почетна точка, т.е. топлината на формирањето на овие супстанции е нула. Овие гасовити молекуларни соединенија се стабилни на Т 0 = 293,15 К ir= 0,1 MPa. Цврстиот p-графит се зема како стандардна состојба на супстанцијата (во САД се прифаќа цврст јаглерод во форма на дијамант). За C, алотропната форма на p-графит е усвоена, за метали како Al, Mg, Li, Be и други - кристални форми.
Топлината на формирање се смета за позитивна кога формирањето на супстанција од едноставни материи се случува со апсорпција на топлина (ендотермички реакции), а се смета за негативна кога формирањето на супстанцијата се јавува со ослободување на топлина (егзотермички реакции). Како пример, Табела 5.1 ги прикажува вредностите на стандардната топлина на формирање на некои супстанции.
Ако, како резултат на согорувањето, супстанцијата се формира од едноставни супстанции кои се во стандардна состојба, топлината на формирањето на производите на согорување е еднаква по апсолутна вредност и спротивна по знакот на топлината на согорувањето.
Да, како реакција
топлината на формирање на H 2 0 ќе биде негативна, а топлината на согорување на горивото 2H 2 + 0 2 ќе биде позитивна.
Потоа 
каде A/Go е топлината на формирање на супстанции земени во стандардна состојба. Во ознаката за топлина на формирање, D означува промена на нивото на енергија во однос на стандардната состојба. Индексот „°“ на врвот означува стандардност, а знакот „0“ на дното, изразен како број, ја дава апсолутната температура на оригиналните компоненти во стандардна состојба. Енталпии на елементи во стандардна состојба на температура Т 0се земаат како референтна точка за енталпијата на компонентите на горивото и производите за согорување.
Стандардна топлина на формирање се подразбира како топлина на формирање на супстанција од едноставни супстанции (елементи) во стандардна состојба под стандардни услови:
Табела 5.1
Стандардна топлина на формирање вредности за некои супстанции
Стандардната топлина на формирање се определува експериментално. Како температура Т 0најчесто се користи Т 0= 298,15 К, а исто така Т 0= 293,15 К, Т 0= O K. Во овој случај, топлината на формирање на самите елементи во стандардната - стабилна - и најчестите природни состојби се земаат еднакви на нула. Изразот за пресметување на почетната вредност на моларната енталпија може да се напише како
Каде (Н° t -Нт 0)- промена на енталпијата како резултат на хемиски реакции.
Кога се зема како стандардна температура Т 0 = O K топлина на формирање AN) t 0претворена во чиста мерка на хемиска енергија.
Односот помеѓу моларната енталпија на горивото и топлината на формирање се заснова на Хесовиот закон, кој е посебен случај на законот за зачувување на енергијата. Хесовиот закон вели дека конечната вредност на топлината на формирање за време на хемиска трансформација не зависи од тоа која низа на реакција се случила, туку се одредува само од параметрите на состојбата на почетните карактеристики и производите на финалната реакција. Во согласност со овој закон, топлината на формирање (или енталпија) се менува АН)процес поврзан со хемиски трансформации или промени во состојбата може да се пресмета со релацијата
каде што v е бројот на молови на супстанцијата; А N)t- топлина на формирање на супстанција на температура Т,еднаква на промената на енталпијата при нејзиното формирање од елементите земени на оваа температура во стандардни состојби.
Пример. Одреди ја топлината на формирање на диетил циклохексан ако се знае дека неговото согорување во кислородна атмосфера ослободува 6320 kJ/mol:
Бидејќи реакцијата на согорување на диетилциклохексан е егзотермна, топлината на формирањето на реакцијата е:
Топлината на формирање на кислород под наведените услови (T = 293,15 K; Р= 0,1 MPa) се зема еднакво на нула (стандардни услови).
При пресметувањето на топлината на формирање и енталпијата, треба да се обрне внимание на референтните податоци за термичките ефекти на хемиските реакции, бидејќи, заедно со општо прифатените вредности на термички ефекти, постојат вредности на термички ефекти за време на формирањето на вода во форма на пареа. Во овој случај, вредноста на топлината на формирање на вода треба да се намали за 44,2 kJ/mol, што одговара на топлината на испарување.
Топлината на формирање при целосно согорување на горивото, кога реакционите производи се целосни оксиди на елементите (H 2 0, C0 2, A1 2 0 3, итн.), е топлината на согорувањето на горивото.
Постојат различни експериментални методи за одредување на топлината на формирање, на пример методот на калориметрија или спектралниот метод. Ако топлината на формирање е одредена со калориметриски метод, тогаш се зема стандардната температура Т 0 = 298 К или Т 0 = 293 K. Спектралниот метод има поголема точност и е поедноставен. Суштината на овој метод е дека за да се отстранат делови од дисоцирачка молекула на бесконечно растојание едни од други, неопходно е да се користи енергија (топлина на формирање). Поради фактот што со таква поделба на атомите, енергијата се квантизира, промената на растојанието помеѓу јадрата на доволно висока температура и преминот на енергијата од едно ниво на друго одговара на сопствената линија во спектарот на зрачење. Во овој случај, како што се зголемува растојанието помеѓу атомите, лентите се приближуваат еден кон друг и имаат тенденција до одредена граница. Позицијата на точката на спојување на лентите ја дава енергетската карактеристика на дисоцијационата супстанција, т.е. овозможува да се одреди топлината на формирање на супстанцијата во стандардна состојба. За експериментално да се одреди топлината на согорувањето, горивото се согорува во средина со вишок на оксидатор. Топлината на согорувањето на горивото се разликува кога водата се ослободува во форма на течност или пареа. Топлината на согорувањето при формирање на вода во форма на течност одговара на случајот кога се зема предвид топлината ослободена за време на кондензацијата на водената пареа содржана во производите за согорување.
Во ракетните мотори, согорувањето на горивото се случува, како по правило, кога има недостаток на оксидатор. Термичкиот ефект на реакцијата на согорување во овие услови без додавање на кислород од околината се нарекува калориска вредност. Има поголема и помала калорична содржина на горивото кога водата се ослободува во форма на течност и во форма на пареа.
Бидејќи определувањето на топлината на согорувањето на горивото обично се врши калориметриски во бомбата Крекер (бомба со постојан волумен), експерименталните вредности и на топлината на согорувањето и на калориската содржина одговараат на ослободувањето на топлина за време на формирањето на вода во форма на течност. Кај ракетниот мотор со цврст погон, производите од согорувањето на горивото низ патеката на проток имаат температура што ја исклучува можноста за кондензација на вода, и затоа не може да се реализира највисоката калориска вредност. Доколку во производите на согорување има соединенија кои на одредена температура во проточниот дел на ракетниот мотор со цврсто гориво, можат да претрпат фазни транзиции, неопходно е да се земе предвид топлината на нивната кондензација. Вообичаено, топлината на фазните транзиции се рефлектира во табелите за зависноста на енталпијата од температурата. Енталпијата на повеќекомпонентното гориво, кое се состои од неколку соединенија, се одредува според неговиот масен состав и почетните вредности на вкупната енталпија на компонентите содржани во горивото. Доколку горивото содржи т 1,%, соединенија на енталпија H v t p,%, соединенија со енталпија I p it. г., тогаш вкупната енталпија е еднаква на 
За да може да се споредат топлинските ефекти на различните реакции и да се извршат термохемиски пресметки, беше воведен концептот на термички ефект во стандардни услови. Во моментов се прифатени следните стандардни состојби:
За поединечни кристални и течни супстанции - вистинската состојба (најстабилна модификација) при дадена температура и притисок од 1 бари.
За поединечни гасови - хипотетичка состојба која се јавува при изотермално ширење на гасот до бесконечно мал притисок со последователна компресија од 1 бари, но според идеалната гасна изотерма Сл. 3
1 - вистински гас
2 – идеален гас
Термичкиот ефект во стандардни услови се пресметува со користење на стандардните горештини на формирање и согорување. Стандардна топлина на формирањее термички ефект на реакцијата на формирање на 1 мол на дадена супстанција од едноставни супстанции (или елементи) при притисок од 1,013 * 10 5 Pa и под услов сите учесници во реакцијата да се во стабилни состојби на агрегација.
За погодност да се споредат стандардните жештини на формирање, тие се упатени на основна температура од 298 К. Стандардна состојба на чиста течна или кристална (цврста) супстанција се зема како најстабилна физичка состојба на дадена температура и нормална атмосферска притисок. Како стандардна состојба за гас, се прифаќа хипотетичка состојба, во која гасот на p = 1,013 * 10 5 Pa ги почитува законите на идеалните гасови, а неговата енталпија е еднаква на енталпијата на вистински гас. Стандардните горештини на формирање на едноставни материи (елементи) во стабилна состојба на агрегација се земаат како нула. Топлината на формирање се однесува на 1 мол од супстанцијата, што укажува на нејзината состојба на агрегација.
Стандардна калориска вредносте топлината што се ослободува при согорување на 1 мол супстанција во кислородна атмосфера при стандарден притисок од 1,013 * 10 5 Pa до наједноставните оксиди. Во овој случај, сите учесници во реакцијата мора да бидат во стабилни состојби на агрегација. Како и стандардните жештини на формирање, стандардните горештини на согорувањето се однесуваат на основната температура од 298 K. Производите на согорување под овие услови се CO 2 (g), H 2 O (l), SO 2 (g), N 2 итн. Стандардна топлина согорувањето на наједноставните оксиди во стабилни состојби се зема како нула.
Топлински капацитет
Вистински топлински капацитеттело (C) е односот на бесконечното количество топлина δQ што телото ја прима со соодветниот температурен прираст: C = δQ/dT. Топлинскиот капацитет на тело со маса еднаква на една се нарекува специфичен.Моларниот топлински капацитет е поудобен за употреба. Моларен топлински капацитет C M е количината на топлина добиена од 1 мол од супстанцијата кога нејзината температура се зголемува за еден.
Понекогаш се користи просечен топлински капацитет. Просечниот моларен топлински капацитет (C) во температурниот опсег од T 1 до T 2 е топлинскиот капацитет што е еднаков на односот на количината на топлина (Q) добиена од 1 мол од супстанцијата до зголемувањето на температурата (∆T ). Во овој температурен опсег C=Q/∆T е константна.
Моларните вредности на топлинскиот капацитет се изразени во J/(mol K), а специфичните вредности во J/(g K). Вистинскиот топлински капацитет зависи од природата на супстанцијата, температурата и условите под кои се јавува пренос на топлина во системот. Ако системот е затворен во константен волумен, тогаш количината на топлина потребна за зголемување на температурата за една единица ќе се изрази со еднаквоста:
каде што C V е изохоричниот топлински капацитет.
Ако системот се стегне или се прошири и притисокот остане константен, тогаш
каде што C P е изобаричен топлински капацитет.
Топлинските капацитети при постојан волумен и постојан притисок се разликуваат според количината на работа потребна за промена на волуменот на системот. Бидејќи во процесот p=const се врши работа на изобарско ширење на 1 мол идеален гас, потребна е поголема количина на топлина за да се зголеми температурата на системот за една единица, затоа C P > C V:
C P = C V + R - Мајерова равенка,
каде што R е универзална гасна константа. Во течности и цврсти материи, поради малата промена на волуменот при загревање, C P ≈C V.
Ајде да разговараме за тоа што е топлината на формирање, а исто така да ги дефинираме оние услови што се нарекуваат стандардни. За да го разбереме ова прашање, ајде да ги дознаеме разликите помеѓу едноставни и сложени супстанции. За да го консолидираме концептот на „топлина на формирање“, да разгледаме конкретни хемиски равенки.
Стандардна енталпија на формирање на супстанции
Од реакцијата на јаглеродот со водородниот гас се ослободуваат 76 kJ енергија. Во овој случај, оваа бројка е термички ефект, но ова е и топлината на формирање на молекула на метан од едноставни материи. "Зошто?" - прашуваш ти. Ова се објаснува со фактот дека почетните компоненти биле јаглерод и водород. 76 kJ/mol ќе биде енергијата што хемичарите ја нарекуваат „топлина на формирање“.
Табели со податоци
Во термохемијата, постојат бројни табели кои укажуваат на топлината на формирање на различни едноставни супстанции. На пример, топлината на формирање на супстанција чија формула е CO 2 во гасовита состојба е 393,5 kJ/mol.
Практично значење
Зошто се потребни овие количини? Топлината на формирање е количина што се користи при пресметување на топлинскиот ефект на кој било хемиски процес. За да се направат такви пресметки, ќе биде потребна примена на законот за термохемија.
Термохемија
Тоа е основниот закон кој ги објаснува енергетските процеси забележани за време на хемиска реакција. За време на интеракцијата, се забележуваат квалитативни трансформации во системот за реакција. Некои супстанции исчезнуваат, а на нивно место се појавуваат нови компоненти. Овој процес е придружен со промена на внатрешната енергија во системот, што се манифестира во форма на работа или топлина. Работата поврзана со експанзијата за хемиски трансформации има минимален индикатор. Топлината што се ослободува кога една компонента се трансформира во друга супстанција може да биде голема.
Ако земеме предвид различни трансформации, за речиси сите се забележува апсорпција или ослободување на одредена количина на топлина. За да се објаснат појавите што се случуваат, создаден е посебен дел - термохемија.
Хесовиот закон
Благодарение на ова, стана можно да се пресмета термичкиот ефект во зависност од условите на хемиската реакција. Пресметките се засноваат на основниот закон на термохемијата, имено Хесовиот закон. Да ја дадеме неговата формулација: термичкиот ефект на хемиската трансформација е поврзан со природата, почетната и крајната состојба на супстанцијата, тој не е поврзан со патеката на интеракција.
Што следи од оваа формулација? Во случај да се добие одреден производ, нема потреба да се користи само една опција за реакција; реакцијата може да се изврши на различни начини. Во секој случај, без разлика како ќе ја добиете саканата супстанција, термичкиот ефект на процесот ќе биде константна вредност. За да го одредите, треба да ги сумирате термичките ефекти на сите средни трансформации. Благодарение на законот на Хес, стана можно да се извршат пресметки на нумерички показатели за термички ефекти, што е невозможно да се направи во калориметар. На пример, топлината на формирање на јаглерод моноксид се пресметува квантитативно според законот на Хес, но нема да можете да ја одредите преку обични експерименти. Затоа се толку важни специјалните термохемиски табели, во кои се внесуваат дигитални вредности за различни супстанции утврдени во стандардни услови.
Важни точки во пресметките
Имајќи предвид дека топлината на формирање е термички ефект на реакцијата, предметната супстанција е од особено значење. На пример, при мерењата, вообичаено е графитот, а не дијамантот да се смета за стандардна состојба на јаглеродот. Тие исто така ги земаат предвид притисокот и температурата, односно условите во кои првично се наоѓаа компонентите што реагираа. Овие физички количества можат да имаат значително влијание врз интеракцијата; тие ја зголемуваат или намалуваат количината на енергија. За да се извршат основни пресметки, вообичаено е во термохемијата да се користат специфични индикатори за притисок и температура.
Стандардни услови
Бидејќи топлината на формирање на супстанција е определување на големината на енергетскиот ефект токму во стандардни услови, ние ќе ги истакнеме одделно. Температурата за пресметки е избрана да биде 298 К (25 степени Целзиусови), притисокот е 1 атмосфера. Покрај тоа, важна точка на која вреди да се обрне внимание е фактот дека топлината на формирање за кои било едноставни супстанции е нула. Ова е логично, бидејќи тие самите не се формираат, односно не се троши енергија за нивно појавување.
Елементи на термохемија
Овој дел од модерната хемија е од особена важност, бидејќи тука се вршат важни пресметки и се добиваат конкретни резултати што се користат во термоенергетиката. Во термохемијата, постојат многу концепти и термини со кои е важно да се работи за да се добијат посакуваните резултати. Енталпијата (ΔH) покажува дека хемиската интеракција се случила во затворен систем, немало влијание врз реакцијата од другите реагенси, а притисокот бил константен. Ова појаснување ни овозможува да зборуваме за точноста на извршените пресметки.
Во зависност од тоа каков вид на реакција се разгледува, големината и знакот на добиениот термички ефект може значително да се разликуваат. Така, за сите трансформации кои вклучуваат распаѓање на една сложена супстанција на неколку поедноставни компоненти, се претпоставува апсорпција на топлина. Реакциите на комбинирање на повеќе почетни супстанции во еден, покомплексен производ се придружени со ослободување на значителна количина на енергија.
Заклучок
При решавање на кој било термохемиски проблем, се користи истиот алгоритам на дејства. Прво, вредноста на топлината на формирање се одредува од табелата за секоја почетна компонента, како и за производите на реакцијата, не заборавајќи за состојбата на агрегација. Потоа, вооружени со Хесовиот закон, тие создаваат равенка за да ја одредат саканата вредност.
Посебно внимание треба да се посвети на земање предвид на стереохемиските коефициенти присутни пред почетните или крајните супстанции во одредена равенка. Ако во реакцијата има едноставни супстанции, тогаш нивните стандардни жештини на формирање се еднакви на нула, односно таквите компоненти не влијаат на резултатот добиен во пресметките. Ајде да се обидеме да ги искористиме добиените информации за одредена реакција. Ако го земеме како пример процесот на формирање на чист метал од железен оксид (Fe 3+) со интеракција со графит, тогаш во референтната книга можете да ги најдете вредностите на стандардната топлина на формирање. За железен оксид (Fe 3+) ќе биде -822,1 kJ/mol, за графит (проста супстанција) е нула. Како резултат на реакцијата се формира (CO), за што овој индикатор има вредност од 110,5 kJ/mol, а за ослободеното железо, топлината на формирање одговара на нула. Снимањето на стандардната топлина на формирање на дадена хемиска интеракција се карактеризира на следниов начин:
ΔH околу 298 = 3× (-110,5) - (-822,1) = -331,5 + 822,1 = 490,6 kJ.
Анализирајќи го нумеричкиот резултат добиен според законот на Хес, можеме да донесеме логичен заклучок дека овој процес е ендотермна трансформација, односно вклучува трошење на енергија на реакцијата на редукција на железото од неговиот тривалентен оксид.
Стандардна енталпија на формирање (стандардна топлина на формирање)
Стандардна топлина на формирање се подразбира како термички ефект на реакцијата на формирање на еден мол супстанција од едноставни супстанции и нејзините компоненти кои се во стабилни стандардни состојби.
На пример, стандардната енталпија за формирање на 1 мол метан од јаглерод и водород е еднаква на термичкиот ефект на реакцијата:
C(tv) + 2H 2 (g) = CH4 (g) + 76 kJ/mol.
Стандардната енталпија на формирање е означена со Δ Хза О. Овде индексот f значи формирање, а прецртаниот круг, кој потсетува на диск на Plimsol, значи дека вредноста се однесува на стандардната состојба на материјата. Друга ознака за стандардна енталпија често се среќава во литературата - ΔH 298,15 0, каде што 0 означува притисок еднаков на една атмосфера (или, нешто попрецизно, стандардни услови), а 298,15 е температура. Понекогаш индексот 0 се користи за количини поврзани со чиста супстанција, пропишувајќи дека со него е можно да се назначат стандардни термодинамички величини само кога чиста супстанција е избрана како стандардна состојба. На пример, состојбата на супстанцијата во екстремно разреден раствор, исто така, може да се прифати како стандардна. „Плимсол диск“ во овој случај значи вистинска стандардна состојба на материјата, без оглед на неговиот избор.
Енталпијата на формирање на едноставни супстанции се зема еднаква на нула, а нултата вредност на енталпијата на формирање се однесува на состојбата на агрегација, стабилна на T = 298 K. На пример, за јод во кристална состојба Δ Х I2(tv) 0 = 0 kJ/mol, а за течен јод Δ Х I2 (l) 0 = 22 kJ/mol. Енталпиите на формирање на едноставни материи во стандардни услови се нивните главни енергетски карактеристики.
Термичкиот ефект на која било реакција се наоѓа како разлика помеѓу збирот на топлината на формирањето на сите производи и збирот на топлината на формирањето на сите реактанти во дадена реакција (последица на Хесовиот закон):
Δ Хреакција O = ΣΔ Х f O (производи) - ΣΔ Х f O (реагенси)
Термохемиските ефекти може да се вклучат во хемиските реакции. Хемиските равенки кои укажуваат на количината на ослободена или апсорбирана топлина се нарекуваат термохемиски равенки. Реакциите придружени со ослободување на топлина во околината имаат негативен термички ефект и се нарекуваат егзотермни. Реакциите придружени со апсорпција на топлина имаат позитивен термички ефект и се нарекуваат ендотермични. Термичкиот ефект обично се однесува на еден мол од реагираниот почетен материјал чијшто стехиометриски коефициент е максимален.
Термохемиски равенки
Најважната количина во термохемијата е стандардната топлина на формирање (стандардна енталпија на формирање). Стандардна топлина (енталпија) на формирање на сложена супстанција е термичкиот ефект (промена на стандардната енталпија) на реакцијата на формирање на еден мол од оваа супстанција од едноставни супстанции во стандардна состојба. Стандардната енталпија на формирање на едноставни супстанции во овој случај се зема еднаква на нула.
Во термохемиските равенки, неопходно е да се наведат агрегативните состојби на супстанциите со помош на индекси на букви, а термичкиот ефект на реакцијата (ΔH) мора да се напише посебно, одвоен со запирка. На пример, термохемиската равенка
4NH 3 (g) + 3O 2 (g) → 2N 2 (g) + 6H 2 O (l), ΔH = -1531 kJ
покажува дека оваа хемиска реакција е придружена со ослободување на 1531 kJ топлина, при притисок од 101 kPa, и се однесува на бројот на молови од секоја супстанција што одговара на стехиометрискиот коефициент во равенката на реакцијата.
Во термохемијата се користат и равенки во кои термичкиот ефект е поврзан со еден мол од формираната супстанција, користејќи фракциони коефициенти доколку е потребно.
Хесовиот закон
Термохемиските пресметки се засноваат на Хесовиот закон: Термичкиот ефект (∆H) на хемиската реакција (при константа P и T) зависи од природата и физичката состојба на почетните супстанции и производите на реакцијата и не зависи од патеката на нејзиното појавување.
Последици од Хесовиот закон:
1. Термичките ефекти на напредните и обратните реакции се еднакви по големина и спротивни по знак.
2. Термичкиот ефект на хемиската реакција (∆H) е еднаков на разликата помеѓу збирот на енталпиите на формирање на производите на реакцијата и збирот на енталпиите на формирање на почетните супстанции, земајќи ги предвид коефициентите во равенка на реакција (односно, помножена со нив).
Хесовиот закон може да се напише како следниов математички израз:
15. Концептот на внатрешната енергија на системот, енталпијата и нејзините промени во хемиските процеси.
Внатрешна енергијатермодинамичка функција на состојбата на системот, неговата енергија одредена од внатрешната состојба. Внатрешна енергијасе состои главно од кинетичката енергија на движење на честичките (атоми, молекули, јони, електрони) и енергијата на интеракција помеѓу нив (интра- и интермолекуларна). На внатрешна енергијавлијае на промената на внатрешната состојба на системот под влијание на надворешно поле; во внатрешна енергијаја вклучува, особено, енергијата поврзана со поларизацијата на диелектрикот во надворешното електрично поле и магнетизацијата на парамагнетот во надворешното магнетно поле. Кинетичката енергија на системот како целина и потенцијалната енергија поради просторната локација на системот не се вклучени во внатрешната енергија. Во термодинамиката се одредува само промената на внатрешната енергија во различни процеси. Затоа, внатрешната енергија се одредува до одреден константен рок, во зависност од енергијата земена како референтна нула.
Внатрешна енергија Укако функција на состојбата е воведен со првиот закон на термодинамиката, според кој разликата помеѓу топлината Q пренесена во системот и работата Вшто го врши системот зависи само од почетната и крајната состојба на системот и не зависи од транзициската патека, т.е. ја претставува промената на функцијата на состојбата Δ У
каде U 1 и U 2- внатрешна енергија на системот во почетна и крајна состојба, соодветно. Равенката (1) го изразува законот за зачувување на енергијата како што се применува на термодинамичките процеси, т.е. процеси во кои се јавува пренос на топлина. За цикличен процес кој го враќа системот во неговата почетна состојба, Δ У=0. Во изохоричните процеси, т.е. процеси со постојан волумен, системот не врши работа поради проширување, В=0 и топлината пренесена во системот е еднаква на зголемувањето на внатрешната енергија: Qv=Δ У. За адијабатските процеси, кога П=0, Δ У=-В.
Внатрешна енергијасистем во функција на неговата ентропија S, волумен V и бројот на молови m i од i-тата компонента е термодинамичкиот потенцијал. Ова е последица на првиот и вториот закон на термодинамиката и се изразува со релацијата:
каде Т е апсолутна температура, Р- притисок, μ i - хемиски потенцијал на i-тата компонента. Знакот за еднакво се однесува на процесите на рамнотежа, знакот на нееднаквост - на нерамнотежните. За систем со поставени вредности С, В, m i (затворен систем во цврста адијабатска обвивка), внатрешната енергија при рамнотежа е минимална. Губење на внатрешна енергија во реверзибилни процеси во постојана ВИ Седнакво на максималната корисна работа (види Максимална работа на реакцијата).
Зависност на внатрешната енергија на системот за рамнотежа од температурата и волуменот U=f(T, V)наречена калориска равенка на состојбата. Дериватот на внатрешната енергија во однос на температурата при константен волумен е еднаков на изохоричниот топлински капацитет.
Енталпија, Исто така термичка функцијаИ содржина на топлина- термодинамички потенцијал, кој ја карактеризира состојбата на системот во термодинамичка рамнотежа при изборот на притисок, ентропија и број на честички како независни променливи.
Едноставно кажано, енталпија е онаа енергија што е достапна да се претвори во топлина при одредена температура и притисок.
Ако термомеханичкиот систем се смета дека се состои од макротело (гас) и клип со оптоварување со тежина Р = pS, балансирање на притисокот на гасот Рвнатре во садот, тогаш се нарекува таков систем проширен.
Енталпија или енергија на проширен систем Ееднаков на збирот на внатрешната енергија на гасот Уи потенцијална енергија на клипот со оптоварување Епот = pSx = pV
Х = Е = У + pV
Така, енталпијата во дадена состојба е збир на внатрешната енергија на телото и работата што мора да се потроши за телото да има волумен Ввоведе во средина под притисок Ри да се биде во рамнотежа со телото. Енталпија на системот Х- слично на внатрешната енергија и другите термодинамички потенцијали - има многу одредено значење за секоја состојба, односно е функција на состојбата. Затоа, во процесот на промена на државата
Δ Х = Х 2 − Х 1
Промената на енталпијата (или термичкиот ефект на хемиската реакција) не зависи од патеката на процесот, туку се одредува само од почетната и конечната состојба на системот. Ако системот некако се врати во првобитната состојба (кружен процес), тогаш промената на кој било од неговите параметри, која е функција на состојбата, е еднаква на нула, па оттука Δ Х= 0, или
Диференцијал на енталпија изразен во сопствени променливи - преку ентропија S и притисок p:
Бидејќи во процесите на квази-рамнотежа тоа е количината на топлина што се доставува до системот, ова го подразбира физичкото значење на воведувањето на концептот на енталпија: неговата промена е топлината што се доставува до системот во изобарен процес (при постојан притисок). Практичната примена на оваа функција се заснова на фактот дека многу хемиски процеси во реални или лабораториски услови се вршат токму при постојан (атмосферски) притисок кога резервоарот е отворен. Така, енталпијата на формирање е количината на енергија што се ослободува или апсорбира за време на формирањето на сложена супстанција од едноставни супстанции.
Сите хемиски реакции се придружени со ослободување (егзотермично) или апсорпција (ендотермично) на топлина. Мерка за топлината на реакцијата е промената на енталпијата ΔH, што одговара на пренос на топлина при постојан притисок. Во случај на егзотермни реакции, системот губи топлина и ΔH е негативна вредност. Во случај на ендотермични реакции, системот апсорбира топлина и ΔH е позитивна вредност.
Всушност, ова е последица на првиот закон на термодинамиката, но тој беше формулиран порано од првиот закон. Термичкиот ефект на изобарниот (или изохоричниот) процес зависи само од почетната и завршната состојба на системот и не зависи од средните фази. Тоа е докажано експериментално, но сега може да се заклучи и од фактот дека термичкиот ефект е разликата во функциите на состојбата (H или U). Да речеме дека го спроведуваме процесот на два начина:
Во првиот случај, Q = Q 21 + Q 32 + Q 43 = (U 2 –U 1) + (U 3 –U 2) + (U 4 –U 3) = U 4 –U 1.
Во втората, веднаш Q = U 4 –U 1.
Благодарение на Хесовиот закон, можно е да се пресмета топлината на процесите кои не се згодни експериментално да се спроведат.
Заклучок 1. Термичкиот ефект на реакцијата е еднаков на разликата помеѓу збирот на топлината на формирањето на производите и збирот на топлината на формирањето на почетните супстанции, земајќи ги предвид коефициентите во равенката на реакцијата.
Стандардна топлина на формирањесупстанција е термички ефект од формирањето на еден мол од оваа супстанца од соодветните едноставни материи , земени во нивните стабилни (стандардни) состојби. Образованието се означува со индекс f (формација) со буквата D. Пример. Добиваме CO на три начини:
1) 2C (графит) + O 2 = 2CO; D1H;
2) 2C (дијамант) + O 2 = 2CO; D2H;
3) C (графит) + CO 2 = 2CO; D3H.
Кој од наведените термички ефекти е топлината на формирањето на CO?
Бр. Втората реакција вклучува нестабилна форма на јаглерод, а третата вклучува производство на нешто друго освен едноставни супстанции. 1 е најдобар, но излегува не еден крт, туку два. Конечно: D f H(CO) = D 1 H/2.
Термичките ефекти обично се дефинираат за стандардни состојби супстанции (види § 7.3), а соодветните термодинамички функции се означени со нула на врвот, на пример, D f H° 298 (CO). Кога ќе прашате ученик која е стандардната состојба, одговорот обично започнува со температура од 298 K (25°C). Ова едноставно не е главната работа. Може да се одредат стандардниот статус и стандардните функции за се `температура (претплата), иако во референтните книги најчесто е дадена конкретно за 298 К.
Топлини на формирање на јони во раствори. Многу неоргански материи се силни електролити и постојат во растворите како јони. Затоа, би сакал да го знам D f H° на јоните. Знаејќи ги за 20 катјони и 30 анјони, ќе знаеме D f H ° 600 електролити во разредени раствори. Но, не можеме да синтетизираме раствор кој содржи само еден вид јон (барање за електронеутралност). Топлината на формирање на два (или повеќе) типови на јони одеднаш секогаш се одредува, но не е познато како да се подели меѓу нив. Затоа условно ја зедовме стандардната топлина на формирање на хидриран водороден јон D f H°(H + aq) да биде нула на сите температури. Потоа можете да одредите D f H° на кој било силен киселински анјон, на пример: D f H° (Сl - aq) = D f H° (HCl aq). Знаејќи ги, можете да одредите D f H ° на други катјони, на пример:
D f H°(Ca 2+ aq) = D f H°(CaCl 2 aq) – 2D f H°(Сl – aq).
Забелешка за терминологијата и симболиката. Во разговорниот говор, а понекогаш и во литературата се користат изразите „енталпија на формирање“, „енталпија на растворање“ итн. Ова не е точно. Енталпија H е функција држава , и формирање, растворање итн. - Ова процеси , т.е. промени на состојбата , што се означува со буквата D. Затоа, индексот што го означува типот на процесот (на пример, f) се става не под буквата H, туку под буквата D. Наместо „енталпија на формирање“ треба да се каже „промена во енталпија за време на формирањето“ или, накратко, „топлина на формирање“ . Истото важи и за други процеси и други функции кои се дискутирани подолу.
12.4. Уште три последици од законот на Хес
2. Термичкиот ефект на процесот е еднаков на разликата помеѓу збировите на топлината на согорувањето на почетните материи и производи, земајќи ги предвид коефициентите во равенката на реакцијата. (под услов производите за согорување да се исти).
3. Термичкиот ефект на процесот е еднаков на разликата помеѓу збировите на топлината на растворање на почетните супстанции и производи, земајќи ги предвид коефициентите во равенката на реакцијата. (под услов кога се раствораат да ги даваат истите производи, на пример, јони).
4. Термичкиот ефект на процесот е еднаков на разликата помеѓу збировите на топлината на атомизација на почетните супстанции и производи, земајќи ги предвид коефициентите во равенката на реакцијата.
Зошто се преуредуваат почетните материјали и производите во споредба со првата последица? Кога ќе ја запишеме равенката за формирање на супстанција, таа е на десната страна, а во равенките на согорување, растворање, атомизација е на левата страна.
Втората последица е особено важна во органската хемија. Повеќето органски реакции тешко се завршуваат и строго според една равенка, без нуспроизводи. Но, сите органски материи согоруваат и произведуваат исти производи.
Пример: да се определи и спореди топлината на формирање на бутан и изобутан.
Реакцијата 4C (графит) + 5H 2 = n-C 4 H 10 (или изо-C 4 H 10) не е изводлива експериментално. Како и да го загреваме графитот со водород, во најдобар случај ќе добиеме метан со мешавина од други јаглеводороди, но чистиот n-бутан (или изобутан) нема да функционира така. Ова значи дека треба да го добиете на некој друг начин, да го изгорите и да ја измерите топлината на согорувањето. Слично на тоа, измерете ја топлината на согорувањето на графитот и водородот и потоа алгебарски комбинирајте ги равенките и топлинските ефекти:
| C + O 2 = CO 2; D1H H2 + 0,5 O2 = H2O; D 2 H C 4 H 10 + 6,5 O 2 = 4 CO 2 + 5 H 2 O; D 3 H | –1 |
| 4C + 5H2 = C4H10; DH= | 4D 1 H + 5D 2 H – D 3 H |
Ова е збирот на топлината на согорувањето на почетните материи минус збирот на топлината на согорувањето на производите.
Заклучокот 3 е особено важен во неорганската хемија. Повеќето соли, оксиди, бази, сите метали се немолекуларни супстанции и ја задржуваат својата индивидуалност само во цврста состојба, а кога се раствораат во вода, киселина или стопена сол се претвораат во збир од исти јони. Топлините на реакциите во цврста фаза тешко се мерат, додека топлината на растворот е полесна.
Пример: да се определи топлинскиот ефект на реакцијата
CaO(цврсти) + Fe 2 O 3 (цврсти) = CaFe 2 O 4 (цврсти); DH = ?
Оваа реакција може да се изврши речиси целосно. Но, потребно е продолжено загревање на високи температури, а реакцијата на DH е незабележлива на позадината на огромните топлински текови во печката. Затоа, го синтетизираме производот, го растворуваме, на пример, во хлороводородна киселина (или во соодветна стопена сол), ги растворуваме почетните оксиди под исти услови и ја мериме топлината на растворот.
| CaO + 2HCl(aq) = CaCl2(aq) + H2O; D1H Fe2O3 + 6HCl(aq) = 2FeCl3 (aq) + 3H2O; D2H | |
| CaFe2O4 + 8HCl (aq) = CaCl2 (aq) + 2FeCl3 (aq) + 4H2O; D 3 H | –1 |
CaO + Fe 2 O 3 = CaFe 2 O 4; DH = D 1 H + D 2 H – D 3 H
Заклучокот 4 овозможува, знаејќи ги жештините на формирање на сложени супстанции, да се пресметаат нивните жештини на атомизација, бидејќи топлината на атомизација на едноставни супстанции веќе се измерени.
Се вчитува...
