Prima lege a termodinamicii este una dintre cele trei legi fundamentale ale termodinamicii, care este legea conservării energiei pentru sisteme în care procesele termice joacă un rol important.
În conformitate cu prima lege a termodinamicii, un sistem termodinamic (de exemplu, aburul într-un motor termic) nu poate decât să efectueze lucrări în detrimentul energiei sale interne sau al unor surse externe de energie.
Formularea primei legi a termodinamicii:
Este imposibil să construim o mașină care, prin efectuarea unui proces ciclic arbitrar, un număr arbitrar de ori, ar duce la acumularea de energie într-un sistem izolat. Aceasta este o mișcare perpetuă de primul fel este imposibilă.
Prima lege a termodinamicii explică imposibilitatea existenței unei mașini de mișcare perpetuă de primul fel, care ar face munca fără a atrage energia din orice sursă.
Esența primei legi a termodinamicii este următoarea:
Atunci când o anumită cantitate de căldură Q este comunicată unui sistem termodinamic, în general, energia internă a sistemului # 916; U și sistemul nu funcționează A:
unde Q este căldura, # 916; U - schimbarea energiei interne, A - lucru (pV, p - presiune, volum V).
Ecuația (1.4), care exprimă prima lege a termodinamicii, este o definiție a schimbării energiei interne a sistemului (# 916; U), deoarece Q și A sunt cantități măsurabile independent.
În special, energia internă a sistemului U poate fi găsită prin măsurarea activității sistemului în procesul adiabatic (adică la Q = 0): Aaq = - # 916; U. care determină U până la o anumită constantă aditivă U0:
Prima lege a termodinamicii spune că U este o funcție a stării sistemului, adică, fiecare stare a unui sistem termodinamic este caracterizat printr-o anumită valoare U, indiferent de ce fel sistemul este dată în această stare (în timp ce valorile Q și A depind de procesul care a dus la o schimbare în starea sistem). Când studiază proprietățile termodinamice ale unui sistem fizic, prima lege a termodinamicii este de obicei aplicată împreună cu a doua lege a termodinamicii.
Procesele chimice apar de obicei fie la presiune constantă (izobarică), fie la volum constant (izocoric). În chimie, de multe ori avem de-a face cu procese isobare. Pentru a înțelege semnificația conceptului de entalpie, luați în considerare următorul exemplu. Să presupunem că sistemul trece de la o stare la alta:
Vasul umplut cu gaz a raportat căldură, iar în 1 caz se menține un volum constant, iar în 2 - gazul se poate extinde liber.
În 1 caz, căldura raportată QU va merge complet pentru a schimba energia internă a sistemului Q = # 916; U (1)
În cel de-al doilea caz, se consumă căldură pentru schimbarea energiei interne # 916; U și să lucreze A.
unde A este lucrarea de deplasare a pistonului
unde p este presiunea, V - modificați volumul sistemului.
Formula (3) poate fi rescrisă în următoarea formă:
În această expresie, parametrii din paranteze vor fi notați cu H, adică
Pentru reacțiile exotermice, Q> 0, # 916; H <0
Pentru reacțiile endotermice Q <0, ΔH> 0.
Cantitatea de căldură eliberată sau absorbită în timpul reacției se numește efectul termic al reacției.
Studiul încălzirii reacțiilor chimice se referă la termochimie.
Când au studiat efectele termice ale diferitelor reacții, au fost derivate o serie de regularități. Astfel, de exemplu, sa stabilit experimental că căldura eliberată în timpul formării unei substanțe complexe din substanțe simple este egală cu căldura absorbită în timpul descompunerii aceleiași cantități în părțile componente. Acest fenomen trebuie privit ca un caz special al legii conservării energiei (dl Lavoisier-Laplace).
O generalizare mai profundă a regularității termochimice dă legea fundamentală a termochimiei - legea lui Hess:
Efectul termic al reacțiilor chimice care apar la presiune constantă sau la un volum constant nu depinde de numărul de etape intermediare, ci este determinat numai de starea inițială și finală a sistemului.
De exemplu, substanța AB poate fi obținută de la A moduri diferite:
1) A + B = AB (# 916; H)
În termodinamică se adoptă următoarea înregistrare a încălzirii reacțiilor chimice:
# 8710; H 0 indică starea standard (P = 1 atm, T = 298 K). Substanțele reactive sunt luate în stare agregată și sub formă de modificare cristalină, care sunt cele mai stabile în condițiile date.
În termodinamică, căldura pozitivă (+) absorbită de sistem (procesul endotermic) este considerată a fi pozitivă, iar în termochimie se eliberează ca rezultat al reacției (proces exotermic).
În termochimie, se utilizează termenul "căldură (entalpie) a formării materiei". Căldura formării este înțeleasă ca efectul termic al reacției de formare a unui mol de materie din substanțe simple.
Există, de asemenea, conceptul de "căldură standard de formare a substanței" - efectul termic al reacției de formare a unui mol de materie de la substanțe simple în condiții standard # 916; H 0 298) (la 298 K și 1 atm)
De obicei, căldura de formare a substanțelor simple este considerată a fi zero în condiții standard. Căldura formării este dată în cărțile de referință.
Marea semnificație a legii lui Hess este că, folosind aceasta, este posibilă calcularea căldurii necunoscute a reacției prin combinarea ecuațiilor stoichiometrice și încălzirea altor reacții studiate experimental. Este necesar să se compare temperaturile diferitelor reacții în aceleași condiții.
Un exemplu. Se determină efectul termic al reacției pe baza datelor experimentale la 0 ° C și la o presiune de 1 atm.
C + 1O2 = CO.
Pentru calcule conform legii lui Hess, adesea se folosește căldura de combustie a compușilor organici, care poate fi determinată destul de ușor din punct de vedere experimental.
Căldura de reacție se calculează în funcție de prima consecință a legii lui Hess:
Căldura de reacție este egală cu suma căldurii de ardere a participanților inițiali ai reacției minus suma valorilor calorice ale participanților finali ai reacției, luând în considerare coeficienții stoichiometrici.
unde # 957; n. # 957; k - coeficienți stoichiometrici.
Exemplu de reacție a A + b B → d D *
• Căldura de combustie a unei substanțe este efectul termic al reacției sale de ardere (1 mol) cu formarea de produse stabile (pentru substanțele organice este CO2 și H2O).
În plus față de căldura de ardere, adesea se folosește căldura de formare a compușilor chimici.
• Căldura formării unei substanțe se numește căldură de formare
1 mol din compusul său din compușii simpli similari (de obicei la P = const).
Substanțele simple reacționează sub forma acelei modificări și în stare agregată, care sunt cele mai stabile în condițiile date. Căldura formării poate fi determinată experimental numai în cazuri rare, adesea căldura de formare este calculată pe baza legii lui Hess.
Compușii, căldură de formare a acestora este pozitivă, se numesc endotermici. și căldura de formare, care este negativă - exotermă.
În scopul comparării și utilizării calculelor în conformitate cu legea hessiană, încălzirea unui număr mare de reacții (compuși chimici) a fost calculată pentru condiții standard: P = 1 atm (101300 Pa); T = 298 K (25 ° C) și sunt rezumate în tabelele valorilor standard (sau) (încălziri standard de formare).
Folosind valorile standard, putem calcula efectul termic al oricărei reacții (în condiții standard) în conformitate cu a doua consecință a legii Hess:
Căldura de reacție este egală cu suma încălzirii de formare a substanțelor finale minus suma încălzirii formării substanțelor inițiale, luând în considerare coeficienții stoichiometrici.
Sau pentru condiții standard:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: