Термохимия

ТермохимияТермохимия — раздел химии, изучающий тепловые (точнее энергетические) эффекты химических реакций. Количество энергии (теплоты), которое выделяется или поглощается при протекании химической реакции, называется тепловым эффектом данной реакции (обозначается латинской буквой Q).

Реакции, протекающие с выделением энергии, называются экзотермическими (от лат. экзо — вне, наружу). К экзотермическим относятся все реакции горения, многие реакции соединения, замещения и обмена:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q

2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O + Q

S + O2 = SO2 + Q

3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q

CaO + CO2 = CaCO3 + Q

2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3 + Q

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O + Q

Реакции, протекающие с поглощением энергии, называются эндотермическими (от лат. эндо — в, внутрь). К эндотермическим относятся многие реакции разложения, некоторые реакции соединения, приводящие к образованию продуктов, менее устойчивых, чем исходные вещества:

2HgO = 2Hg + O2 — Q

2NH3 = N2 + 3H2 — Q

CaCO3 = CaO + CO2 — Q

N2 + O2 = 2NO — Q

3O2 = 2O3 — Q

Уравнение химической реакции, в которой указан ее тепловой эффект, называется термохимическим уравнением. Значение теплового эффекта указывают либо по отношению к 1 моль какого-либо исходного вещества (продукта реакции), либо по отношению к числу моль веществ, отвечающих данной записи уравнения химической реакции. Тепловой эффект относят к стандартным условиям (25°C и 101,3 кПа (760 мм рт. ст. или 1 атм)). Например, запись

2Аl + 3/2О2 = Аl2О3 + 1676 кДж/моль

показывает, что при образовании 1 моль оксида алюминия в стандартных условиях выделяется 1676 кДж теплоты.

Запись

4Al + 3О2 = 2Аl2О3+ 3352 кДж

обозначает, что при взаимодействии 4 моль алюминия с 3 моль кислорода образуется 2 моль оксида алюминия и в стандартных условиях выделяется 3352 кДж теплоты.

В термохимии принято указывать агрегатное состояние веществ, а также аллотропную модификацию простых веществ:

С (тв.)(графит) + O2 (г) = СO2 (г) + 393,5 кДж/моль

H2 (г) + 1/2О2 (г) = H2О(пар) + 241,8 кДж/моль

H2 (г) + 1/2О2 (г) = H2О(жидк.) + 285,8 кДж/моль

Основной принцип, на котором основываются все термохимические расчеты, установлен в 1840 г. русским химиком академиком Германом Ивановичем Гессом. Этот принцип, известный под нaзванием закона Гесса и являющийся частным случаем закона сохранения энергии, можно сформулировать так:

Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.
Ea — энергетический барьер (энергия активации химической реакции), который необходимо преодолеть взаимодействующим частицам.