Тепловые эффекты и энтальпия образования. Введение в термохимию

Видео: Занятие 25 Задача на тепловой эффект химической реакции

Энтальпия образования, являясь важным термодинамическим свойством химического вещества, которое указывает, какое количество энергии, находящееся в его молекулярной структуре может быть преобразовано в теплоту, служит одним из ключевых понятий термодинамической химии. Данная отрасль науки занимается изучением температурных показателей различных реакций и их зависимости от всевозможных физико-химических параметров, теплоемкости и фазовых переходов. Энтальпия образования (от греч. «энталпио» - «нагреваю») химических соединений определяет необходимое количество энергии для создания сложного вещества из простых элементов, взятых, как правило, в наиболее устойчивом своем состоянии.

Например, для водорода, азота или кислорода таковым является газообразная форма, для углерода – графит, а для брома – состояние жидкости. Энтальпия образования – чрезвычайно важное термохимическое свойство, так как она позволяет не только успешно решать теоритические задачи, но и разрабатывать различные химические технологии и создавать необходимую для их осуществления аппаратуру. А это возможно только при наличии достоверной и научно обоснованной информации о физико-химических и термодинамических свойствах различных соединений. Подобные сведения часто составляют более пятидесяти процентов исходных данных при проектировании сложной аппаратуры для научных экспериментов или промышленных целей.

Видео: Лекция 4. Тепловой эффект химической реакции

Поэтому изучение такого свойства различных веществ, как энтальпия образования, является сегодня одним из приоритетных направлений термохимии, где часто пользуются термодинамическими уравнениями реакций для определения данной величины. В них обязательно указывается агрегатное состояние данного вещества, а тепловой эффект при этом рассматривается в качестве одного из продуктов взаимодействия.

Теплота реакции, в том числе и энтальпия образования вещества, определяется с помощью калориметров различных типов. Так называемая калориметрическая бомба представляет собой хорошо термостатированный сосуд замкнутого типа, в котором тепловая энергия, выделяемая в результате химической реакции, расходуется только на увеличение температуры во внутреннем пространстве. В калориметре находятся реагирующие субстанции, а само протекание реакции инициируют множеством разнообразных способов. Затем температура внутренней среды измеряется посредством термометра или термопара.

Таким способом измеряется стандартная энтальпия образования многих тысяч веществ. Все полученные данные скрупулезно и педантично заносятся в специальные справочники и таблицы. Также показатели энтальпий образования различных веществ можно рассчитать математическим путем, используя аналогичные величины реагирующих субстанций и продуктов их реакции. Для этого и используются вышеупомянутые термодинамические уравнения.

Простые вещества практически всегда имеют энтальпию образования равную нулю. Что также учитывается в расчетах. А данное термодинамическое свойство, например, для трихлорида фосфора можно рассчитать по следующей формуле:

Р (тв.) + 1½- С₃ = РС (ж.)

Для газообразных металлов (Fe, AL) энтальпия образования отлична от нуля и представляет собой термохимическое преобразование при переходе из твердого состояния (стандартного) в газообразное. Такая величина воспринимается как энтальпия испарения, также называемая атомизацией.