Почему протекают химические реакции Начала термодинамики Автор: Фельдман Людмила Валентиновна, учитель химии МБОУ СОШ им. А.М.Горького г.Карачева Брянской обл.

Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а только переходит из одной формы в другую

Энергия объекта Кинетическая Потенциальная Внутренняя Кинетическая Энергия их Энергия, Взаимное Внутриядерная энергия взаимного связанная с отталкивание энергия энергия взаимного связанная с отталкивание энергия движения притяжения движением ē, ē и ядер движения притяжения движением ē, ē и ядер атомов, и отталкивания их притяжением атомов, и отталкивания их притяжением молекул, к ядру молекул, к ядру ионов ионов

Е реагентов > Е продуктов Энергия выделяется в окружающую среду Реакции, при которых выделяется энергия и нагревается окружающая среда, называются экзотермическими.

Е реагентов < Е продуктов Энергия поглощается из окружающей среды, температура системы понижается Реакции, при протекании которых энергия поглощается из окружающей среды, называется эндотермической.

Энергия, которая выделяется или поглощается в химической реакции, называется тепловым эффектом реакции. Тепловой эффект реакции выражается в кДж и его относят к тем количествам веществ, которые определены уравнением. Уравнение, в котором указан тепловой эффект реакции, называется термохимическим. 2H 2 + O 2 = 2H 2 O кДж

Для расчета тепловых эффектов реакций используют значения величин теплот образования исходных веществ и продуктов реакции Теплота образования соединения (Q обр ) – это тепловой эффект реакции образования одного моля соединения из простых веществ, устойчивых в стандартных условиях (25°С, 1 атм) При таких условиях теплота образования простых веществ равна 0. C + O2 = CO кДж теплоты образования теплоты образования 0,5N2 + 0,5O2 = NO – 90 кДж

Закон Гесса (1840) Тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий (при условии, что исходные вещества и продукты реакции одинаковы). С + O 2 CO кДж/моль (Q 1 ) а) С + 0,5O 2 CO + ?(Q 2 ) б) CO + 0,5O 2 CO кДж/моль(Q 3 ) Q 1 = Q 2 + Q 3 Q 2 = Q 1 – Q 3 = 394 – 284 = 110 кДж

Следствие из закона Гесса Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования всех продуктов реакции минус сумма теплот образования всех реагентов (с учетом коэффициентов в уравнении реакции): Qр = ΣQ обр(продукты) – ΣQ обр(реагенты)

Fe 2 O 3 + 2Al = 2Fe + Al 2 O 3 + Q р По справочнику: Q обр (Al 2 O 3 ) = 1670 кДж/моль Q обр (Fe 2 O 3 ) = 820 кДж/моль Q р = Q обр (Al 2 O 3 ) – Q обр (Fe 2 O 3 ) = 1670 – 820 = 850 кДж Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 + Q р Qр = 3Q обр (CO 2 ) – [3Q обр (CO) + Q обр (Fe 2 O 3 )] = 3 · 394 – [3 · ] = 32 кДж

Энтальпия (теплосодержание) – это величина, которая характеризует запас энергии в веществе. ΔH = ΣH продукты – ΣH реагенты ΔH = -Q реакции Для экзотермической реакции: Q > 0, ΔH 0, ΔH < 0 Для эндотермической реакции Q 0 (ΔH обр – справочное значение)

Движущая сила реакций Для экзотермических реакций – стремление системы к состоянию с наименьшей внутренней энергией. Для эндотермических реакций – стремление любой системы в наиболее вероятному состоянию, которое характеризуется максимальным беспорядком, более высокой энтропией. Энтропия – мера хаоса.

ВеществоФормула Энтропия (S), Дж/моль·К Алмаз (т) C2,4 Водород (г) H2H2H2H2130,6 Железо (т) Fe27,2 Хлорид натрия (т) NaCl72,4 Вода (т) H2OH2OH2OH2O48,0 Вода (ж) H2OH2OH2OH2O70,0 Вода (пар) H2OH2OH2OH2O188,7 Метан (г) CH 4 186,2 Этан (г) C2H6C2H6C2H6C2H6229,5 Пропан (г) C3H8C3H8C3H8C3H8269,9

Выводы 1.Направление химической реакции определяется двумя факторами: стремлением к уменьшению внутренней энергии и стремлением к увеличению энтропии. 2.Эндотермическую реакцию можно активировать, если она сопровождается увеличением энтропии. 3.Энтропия увеличивается при повышении температуры и особенно при фазовых переходах. 4.Чем выше температура, при которой проводят реакцию, тем большее значение будет иметь энтропийный фактор по сравнению по сравнению с энергетическим.

Возможность протекания реакций в зависимости от ΔH и ΔS Изменение Возможность протекания реакции энергииэнтропии 1УменьшениеУвеличениеИдет 2УвеличениеУменьшение Не должна идти 3УвеличениеУвеличение Зависит от абсолютных значений и температуры реакции («кто перетянет») 4УменьшениеУменьшение

Энергия Гиббса (G) ΔG = ΔH – TΔS T – абсолютная температура ΔH – изменение энтальпии системы ΔS – изменение энтропии системы Самопроизвольно протекают лишь те процессы, в которых энергия Гиббса уменьшается ΔG < 0 Процессы, при которых ΔG > 0 – невозможны. Если ΔG = 0, то есть ΔH = TΔS, значит в системе установилось равновесие.