Теплота, которая выделяется (или поглощается) при протекании химической реакции, называется её тепловым эффектом. Однако для точного определения теплового эффекта необходимо соблюдение некоторых условий. Прежде всего нужно, чтобы система не совершала никакой работы, кроме работы расширения. Теплота становится функцией состояния, только если реакция протекает при постоянном объёме или при постоянном давлении, а температуры реагентов и продуктов реакции равны.
Если реакция протекает при постоянном объёме (в закрытом сосуде), то DV=0 и А=-pDV=0. Тогда, обозначив символом Qv тепловой эффект, согласно первому закону термодинамики можно записать: DU=Qv+А=Qv, т. е. тепловой эффект реакции при постоянном объёме равен изменению внутренней энергии.
Однако чаще химические реакции проводят в открытых сосудах, т. е. при практически постоянном атмосферном давлении. В этом случае, обозначив тепловой эффект символом Qp, имеем: DU=Qp+A=Qp-pDV, Qp=DU+pDV
Полученное выражение можно упростить, если воспользоваться термодинамической функцией, которая называется энтальпией. Её обозначают буквой Н и определяют как H=U+pV. А название (от греч. «энтальпо» — «нагреваю») ввёл нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес (1853 — 1926). Таким образом, Qp=DН, т. е. тепловой эффект реакции при постоянном давлении равен изменению энтальпии.
Кажется, что теплота, выделяющаяся при горении, возникает ниоткуда, подобно предметам, появляющимся из шляпы фокусника. Эта теплота заключена в химических связях.
Отметим, что реакции, в которых исходные вещества и продукты находятся в жидком или твёрдом состоянии, протекают без существенных изменений объёма, т. е. DV»0 и pAV»0. Для таких процессов DH»DU. Если же в реакции участвуют газы, то изменение объёма может быть значительным, и в этом случае DН и DU сильно отличаются.
Внутреннюю энергию и энтальпию, как правило, выражают в килоджоулях на моль исходного или полученного вещества.
Тепловой эффект химической реакции называется стандартным (обозначается символом «°», например DН°), если все участники реакции находятся в стандартных состояниях.
Похожие статьи