Следствия из закона Гесса

1. Энтальпия образования вещества равна энтальпии разложения вещества, но противоположна по знаку (закон Лавуазье–Лапласа): DН_обр = –DН_разл. Например, энтальпия образования оксида кальция из металлического кальция и газообразного кислорода равна:

Са(г) + 1/2О₂(г) = СаО(г); DН = – 636,4 кДж

Для разложения 1 моль оксида кальция на кальций и кислород необходимо затратить 636,4 кДж:

СаО(г) = Са(т) + 1/2О₂(г); DН = 636,4 кДж

2. Тепловой эффект реакции равен сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции минус сумма стандартных энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов уравнения реакции.

DН⁰_{реакции} = åDН⁰_{обр.прод.} — åDН⁰_{обр.исх. в–в}

Данное уравнение даёт возможность рассчитать тепловой эффект любой реакции, когда известны стандартные теплоты образования продуктов реакции и исходных веществ.

3. Тепловой эффект реакции равен сумме стандартных энтальпий сгорания исходных веществ минус сумма стандартных энтальпий сгорания продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов уравнения реакции.

DН⁰_{реакции} = åDН⁰_сг.исх. — åDН⁰_{сг.прод.}

Тепловые эффекты различных процессов

1. Теплота растворения – это количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в количестве растворителя, достаточном для полной сольватации (на 1 моль вещества 300 – 400 молей растворителя).

Теплота растворения равна сумме двух слагаемых:

DН_{растворения} = DН₁ + DН₂

где DН₁ – теплота перехода твердого или газообразного вещества в то состояние, в котором оно существует в растворе.

DН₂ – теплота взаимодействия растворяемого вещества с растворителем (теплота сольватации или теплота гидратации, если растворителем является вода).

DН₂ всегда отрицательна, а _DН₁ может быть и положительна и отрицательна.

Пример. Вычислить тепловой эффект перехода CuSO₄ ®CuSO₄×5H₂O (теплоту гидратации), если теплота растворения CuSO₄ и CuSO₄×5H₂O равны 66,5 и –11,7 кДж соответственно. Исходя из закона Гесса:

66,5 = Q_x –11,7.

Отсюда: Q_х = + 78,2 кДж; DН = –78,2кДж

2. Теплота нейтрализации – это количество энергии, которое выделяется при образовании одного моля воды из Н⁺ (Н₃О⁺) и ОН^– при стандартных условиях:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O или

H⁺(aq) + OH^–(aq) = H₂O(ж) + 56,98 кДж

При взаимодействии сильной кислоты и сильного основания, независимо от их природы, теплота нейтрализации будет постоянной и равна 56,98 кДж.

Если в реакцию вступает слабая кислота или слабое основание, то теплота нейтрализации будет меньше, так как ионизация кислоты (основания) потребует затраты энергии.

HCN + NaOH = NaCN + H₂O + Q

HCN + OH^– = CN^– + H₂O + Q; Q < 56,98 кДж

3. Теплота фазовых превращений – это количество энергии, которое выделяется или поглощается в процессе перехода компонентов системы из одной фазы в другую.

Пример. Вычислить тепловой эффект перехода Si _{(аморфный)} ® Si _{(кристаллический)}, если теплоты сгорания этих модификаций составляют 867,3 и 850,6 кДж соответственно. Аморфный кремний можно сразу окислить до SiO₂:

Si(ам) + О₂ =SiO₂ + 867,3 кДж, а можно сначала превратить его в кристаллическую модификацию, которую затем подвергнуть окислению.

1. Si _(ам) = Si _{(крист.)} + Q_x

2. Si _{(крист.)} + О₂ = SiO₂ + 850,6 кДж

867,3 – 850,6 = 16,7 кДж

DН = – 16,7 кДж

Фаазовый переход (фазовое превращение) в термодинамике — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. С точки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении её интенсивных параметров (температуры, давления и т. п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разные термодинамические фазы описываются различными уравнениями состояния, всегда можно найти величину, которая скачкообразно меняется при фазовом переходе.

Поскольку разделение на термодинамические фазы — более мелкая классификация состояний, чем разделение по агрегатным состояниям вещества, то далеко не каждый фазовый переход сопровождается сменой агрегатного состояния. Однако любая смена агрегатного состояния есть фазовый переход.

Наиболее часто рассматриваются фазовые переходы при изменении температуры, но при постоянном давлении (как правило равном 1 атмосфере). Именно поэтому часто употребляют термины «точка» (а не линия) фазового перехода, температура плавления и т. д. Разумеется, фазовый переход может происходить и при изменении давления, и при постоянных температуре и давлении, но при изменении концентрации компонентов (например, появление кристалликов соли в растворе, который достиг насыщения).