Простых веществ. Использование величин для вычисления тепловых эффектов реакций

Теплота образования химических соединений из простых веществ (∆H⁰_f,298). Использование величин ∆H⁰_f,298 для вычисления тепловых эффектов реакций

Изменение энтальпии может характеризовать с энергетической стороны не только реакцию, но и химическое соединение, полученное в этой реакции. Поскольку синтезировать один и тот же продукт можно различными способами, для однозначной характеристики его термодинамических свойств применяют только такую реакцию, где в качестве исходных веществ участвуют простые вещества в своих термодинамически устойчивых (или стандартных) состояниях.

Термодинамически устойчивым состоянием простого вещества, существующего при T = 298К в твердом виде, считают его чистый кристалл под давлением 1 атм = 101325 Па. Если простое вещество может существовать при 298К в двух и более аллотропных формах, термодинамически стабильным состоянием будет его наиболее устойчивая форма. Так, термодинамически устойчивым состоянием углерода будет графит, а не алмаз.

Если простое вещество при 298 К представляет собой жидкость, как, например, бром или ртуть, его термодинамически устойчивым состоянием считают чистую жидкость под давлением 1 атм.

Если простое вещество при 298 К представляет собой газ (Н₂, O₂, Не и т. д.), то его термодинамически устойчивым состоянием будет газ с собственным давлением 1 атм.

Поскольку в определение Н входит U, то абсолютное значение энтальпии системы (или какого-то вещества) неизвестно. Поэтому энтальпию вещества характеризуют стандартными энтальпиями образования и сгорания.

Cтандартная энтальпия образования∆H°_f (formation - образование) — это тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества из простых веществ или элементов, отвечающих их наиболее устойчивому состоянию:

простые вещества → X.

Согласно определению стандартной энтальпии образования ве­щества стандартная энтальпия образования простого вещества будет равна нулю. Это отправная точка отсчета, от которой отсчитывается энтальпия образования сложных веществ и термодинамически неустойчивых простых веществ.

Стандартная энтальпия сгорания ∆H⁰_с (сombustum - сгорание) – это теплота реакции сгорания вещества до высших оксидов (с максимальной степень» окисления) при стандартных условиях:

Х + О₂ →высшие оксиды

Для указанных оксидов принимается, что ∆H⁰_с = 0.

Величины ∆H⁰_с определены для очень многих веществ экспериментальным способом — путем сжигания вещества в калориметрической «бомбе» и. измерения выделяющейся теплоты. Зная ∆H⁰_с, можно вычислить и ∆H⁰_f. Эти значения (∆H⁰_с и ∆H⁰_f) содержатся во многих справочных таблицах, в частности, в курсе общей химии.

Для получения формул, показывающих, как пользоваться этими величинами, обратимся к простейшей реакции:

A	→	B
	∆H°r

Здесь ∆H°_r – теплота реакции.

Теплота результирующего превращения не изменится (по закону Гесса), если его провести одним из двух таких способов:

A	→	простые вещества	→	B
-∆H°f (А)				∆H°f (В)

A	→	оксиды	→	B
∆H°с (А)				-∆H°с (В)

Отсюда получаем:

∆H°_r = -∆H°_f (А) + ∆H°_f (В)= ∆H°_с (А) - ∆H°_с (В)

Обобщение этих выражений для произвольных реакций приводит к формулам:

Здесь ν_i- стехиометрические коэффициенты перед соответствующими веществами в уравнении реакции.

Таким образом, для расчета теплоты реакции по энтальпиям образования cледует из суммы энтальпий продуктов вычесть сумму энтальпий реагентов.

А при использовании энтальпий сгорания — наоборот, из суммы энтальпий реагентов вычесть сумму энтальпий продуктов.

Пример расчета по этим формулам.

Спиртовое брожение глюкозы у дрожжей:

	С6Н12О6(в)	→	2С2Н5ОН	+	2С2Н5ОН
∆H°f	-1263		-277		-394

∆H°_r = 2 (-277)+ 2 (-394)-(-1263) =-79 кДж/моль.