Тепловые эффекты реакций

Тепловым эффектомреакции называют теплоту, которая выделяется системой или поглощается при проведении реакции.

Почти всегда реакции проводят либо при постоянном объеме, для чего реагенты помещают в замкнутый сосуд с жесткой оболочкой, либо при постоянном давлении.

Теплота при постоянном объеме, как указывалось в предыдущей главе, для простой системы равна изменению внутренней энергии системы DU, а теплота при постоянном давлении равна изменению энтальпии DН.

Если в ходе реакции теплота выделяется из системы, т.е. DU<0 или DH<0, то реакция называется экзотермической. Поглощение системой теплоты, чему отвечает DU>0 или DH>0, происходит при эндотермической реакции. Реакции, не сопровождающиеся тепловым эффектом, называются атермическими.

Изучение тепловых эффектов химических реакций и влияние на них внешних факторов (главным образом температуры) составляет предмет одного из важнейших разделов термодинамики - термохимии.

Изучение тепловых эффектов реакций проводится с конца XVIII в. Первые исследования в этой области были проведены А. Лавуазье и П. Лапласом. Ими была предложена одна из первых конструкций прибора для термохимических исследований - калориметра. Техника калориметрических измерений в течение двух столетий непрерывно совершенствовалась. В настоящее время точность приводимых данных по калориметрии для многих реакций превышает 0,01%.

В термодинамике анализируются не только реально протекающие реакции, но и воображаемые процессы.

Например, вполне реальной является реакция

CH_4(г) + 2O_2(г) = CO_2(г) + 2H₂O(ж),

теплоту которой при постоянном давлении обозначим DH_(d).

Реакция

CO_2(г) + 2H₂O_(ж) = CH_4(г) + 2O_2(г),

тепловой эффект которой обозначим DH_{( r)}, в обычных условиях невозможна.

Теплоты обеих реакций связаны соотношением

DH_{( r)} = -DH_(d).

Общее правило в этом случае такое же, как и для всех термодинамических процессов:

Теплота обратной реакции равна теплоте прямой реакции, взятой со знаком минус.