Внутренняя энергия

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Одной из важнейших задач химии является создание веществ и материалов с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо знать общие закономерности протекания химических процессов. Такие знания дает химическая термодинамика.

Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции, направление и пределы самопроизвольного протекания реакций. Объектом изучения в химической термодинамике является система. Система – вещество или совокупность находящихся во взаимодействии веществ, мысленно или фактически обособленных от окружающей среды. Системы бывают: открытые ( обмениваются с внешней средой и веществом и энергией), закрытые (обменивается с внешней средой энергией, но не обмениваются веществом), изолированные (не обмениваются с внешней средой ни веществом, ни энергией). Каждая система может быть охарактеризована термодинамическими параметрами (температура, давление, объем, концентрация), которые могут быть непосредственно измерены. Совокупность термодинамических параметров определяет состояние системы. Кроме термодинамических параметров для характеристики состояния системы в термодинамике широко используются величины, называемые функциями состояния, значения которых зависят от состояния системы, но не от способа, которым это состояние достигается. К функциям состояния относятся внутренняя энергия (U), энтальпия (H), энтропия (S), энергия Гиббса (G).

При химических реакциях в системе происходят глубокие качественные изменения – рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в продуктах реакции. Эти изменения сопровождаются поглощением или выделением энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими, с поглощением теплоты – эндотермическими. Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при химической реакции, называется тепловым эффектом реакции. Выделение теплоты при химической реакции свидетельствует о том, что вещества еще до реакции в скрытой форме обладали определенной энергией, которая и освобождается в процессе реакции.

Энергия, скрытая в веществах и освобождающаяся при химических реакциях, называется внутренней энергией. Она складывается из энергии поступательного и вращательного движения молекул, энергии колебательного движения атомов, энергии вращения электронов, внутриядерной энергии и других видов энергии без учета кинетической энергии движения системы как целого и потенциальной энергии ее положения. При химической реакции происходит изменение внутренней энергии ∆U = U₂ – U₁, где U₂ и U₁ – внутренняя энергия системы в конечном и начальном состояниях.