Первый закон термодинамики

Это всеобщий закон природы, закон сохранения и превращения энергии, соответствующий основному положению диалектического материализма о вечности и неуничтожимости движения. Впервые этот закон в 1842 г. сформулировал выдающийся немецкий физик Ю. Мейер.

Энергия не исчезает и не возникает из ничего, а только превращается из одного вида в другой в строго эквивалентных соотношениях.

В зависимости от вида системы первый закон термодинамики имеет различные формулировки.

Для закрытой системы этот закон термодинамики устанавливает связь между теплотой, полученной или выделенной системой в некотором процессе, изменением внутренней энергии системы и произведенной при этом работой.

В изолированной системе внутренняя энергия постоянна, т. е. DU=0.

Если к закрытой системе подвести теплоту Q, то эта энергия расходуется на увеличение внутренней энергии системы DU и на совершение системой работы А против внешних сил окружающей среды:

Q=DU+А (1.1)

В изобарно-изотермических условиях, в которых функционируют живые организмы:

А=рDV, (1.2)

где: р – внешнее давление,

DV – изменение объема системы.

Подставим (1.2) в (1.1).

Qр = DU+рDV = (U_кон – U_нач) + (рV_кон – рV_нач) = (U_кон + рV_кон) – (U_кон + рV_нач) (1.3)

Сумма внутренней энергии системы и произведения объема на давление (U+рV) называется энтальпией (Н) –термодинамическая функция, характеризующая энергетическое состояние системы при изобарно-изотермических условиях. Таким образом:

Qр=DН (1.4)

Энтальпия – это сумма всех видов энергии, сосредоточенной в данной системе, включая и механическую энергию частиц, которая может проявиться в виде работы при расширении. Химические реакции и физико-химические процессы могут протекать с выделением и поглощением энергии. Их делят на экзотермические и эндотермические.

Процессы, в которых теплота выделяется, называются экзотермическими,процессы, протекающие с поглощением теплоты, – эндотермическими.

В экзотермических процессах энтальпия уменьшается (Н_кон < Н_нач), следовательно:

ДH = (H_кон – H_нач);

ДH_экзо < 0.

В эндотермических процессах энтальпия увеличивается (Н_кон > Н_нач), следовательно:

ДH = (H_кон – H_нач) > 0,

ДH_эндо > 0.

Энтальпия системы зависит от давления, температуры, количества вещества.

В изобарно-изотермических условиях количество теплоты, которое выделяется или поглощается в ходе химической реакции, характеризуется изменением энтальпии и называется энтальпией реакции DН. Изменение энтальпии реакции, определенное при стандартных условиях, называется стандартной энтальпией реакции и обозначается DН 0.

Энтальпия реакции, т.е. тепловой эффект реакции, зависит только от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов и не зависит от пути, по которому протекает реакция.

Стандартные условия:

· количество вещества 1 моль;

· давление 760 мм. рт. ст. или 101,325 кПа;

· температура 298 ⁰К или 25 ⁰С.

Термохимия

Химическое уравнение, в котором указано значение энтальпии (или тепловой эффект) реакции, называется термохимическим.

Термохимическими уравнениями пользуются в термохимии. Термохимия определяет тепловые эффекты химической реакции и переходов из одного состояния в другое. Термохимическое уравнение отличается от химического тем, что в термохимических уравнениях указывают абсолютную величину и знак теплового эффекта реакции, который относят к одному молю исходного или полученного вещества, поэтому стехиометрические коэффициенты в термохимических уравнениях могут быть дробными. В термохимических уравнениях отмечают также агрегатное состояние и кристаллическую форму.

Энтальпию реакции можно определить как экспериментально, так и методом расчета с использованием энтальпий образования веществ, участвующих в химической реакции на основе закона Гесса (1840 г.):

В термохимических расчетах большое значение имеют следствия из закона Гесса:

1 следствие. Энтальпия реакции равна разности алгебраической суммы энтальпий образования продуктов и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

2 следствие. Энтальпия прямой реализации численно равна энтальпии обратной реакции, но с противоположным знаком.