ЛЕКЦИЯ № 8 ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Учебные вопросы: 1. Основные понятия химической термодинамики. 2. Термохимия. Тепловой эффект химических реакций. 3. Химическое сродство
I. Энергия Понятие энергии – одно из основных физических понятий и потому не имеет исчерпывающего определения. Для наших целей примем, что энергия - это такая характеристика движения и взаимодействия тел, которая связана с их способностью совершать изменения в состоянии системы и внешней среды. Видов энергии очень много – механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная и т. д. Каждая из них может только видоизменяться, т. е. превращаться в другие виды энергии II. Термодинамическая система и ее состояния Термодинамическая система – это ограниченная область пространства, занятая ее элементами. Элементы системы (подсистемы) считаются однородными. Граница системы может быть и физической (стенки сосуда) и мысленной. Все, что вне системы – окружающая среда Термодинамические системы бывают трех видов: 1. Изолированные (нет обмена ни веществом, ни энергией с окружающей средой). Пример – герметичный сосуд с газом с теплоизоляционной оболочкой, Вселенная в целом. 2. Замкнутые (нет обмена веществом с окружающей средой). Пример – герметичный сосуд. 3. Открытые (есть и энерго- и массообмен с окружающей средой). Пример –
III. Параметры термодинамической системы Состояния систем характеризуются параметрами состояния и функциями состояния. Параметры состояния системы – это свойства, однозначно характеризующие однородные части системы. Например, для идеального газа параметрами являются четыре свойства – давление P, объём V, температура T и количества молей µ. Любые три из них – независимы. Это означает, что, задав произвольно любые три из четырех параметров, мы по уравнению состояния (в данном случае это будет уравнение Клапейрона-Менделеева) найдем четвертый: PV= µ RT Для более сложных систем могут появиться дополнительные параметры состояния – например, химический состав. Параметры делятся на интенсивные и экстенсивные. Интенсивные параметры не зависят от количества вещества в системе (давление, температура, напряженность электрического поля и др. ), а экстенсивные – зависят (объем, масса, заряд и др. ) IV. Функци состояния термодинамической системы Параметры состояния связаны друг с другом функциональными зависимостями. Те из функций, которые не зависят от истории системы, т. е. от того, как она попала в данное состояние, называются функциями состояния. Они однозначно характеризующие это состояние. В качестве примера приведём такую функцию состояния системы как внутренняя энергия U. К термодинамическому пониманию этой величины мы
ТЕРМОХИ МИЯ — РАЗДЕЛ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ, В ЗАДАЧУ КОТОРОЙ ВХОДИТ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ РЕАКЦИЙ, А ТАКЖЕ УСТАНОВЛЕНИЕ ИХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ С РАЗЛИЧНЫМИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ. ЕЩЁ ОДНОЙ ИЗ ЗАДАЧ ТЕРМОХИМИИ ЯВЛЯЕТСЯ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВЕЩЕСТВ И УСТАНОВЛЕНИЕ ИХ ТЕПЛОТ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ. • Термохимические уравнения реакций - это уравнения, в которых около символов химических соединений указываются агрегатные состояния этих соединений или кристаллографическая модификация и в правой части уравнения указываются численные значения тепловых эффекто • Важнейшей величиной в термохимии является стандартная теплота образования (стандартная энтальпия образования). Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется тепловой эффект (изменение стандартной энтальпии) реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ в стандартном состоянии. Стандартная энтальпия образования простых веществ в этом случае принята равной нулю. • В термохимических уравнениях необходимо указывать агрегатные состояния веществ с помощью буквенных индексов, а тепловой эффект реакции (ΔН) записывать отдельно, через запятую. Например, термохимическое уравнение • 4 NH 3(г) + 3 O 2(г) → 2 N 2(г) + 6 H 2 O(ж), ΔН=-1531 к. Дж показывает, что данная химическая реакция сопровождается выделением 1531 к. Дж теплоты, при давлении 101 к. Па, и относится к тому числу молей каждого из веществ, которое соответствует стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции. • В термохимии также используют уравнения, в которых тепловой эффект относят к
ЗАКОН ГЕССА-ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ (∆Н) ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ (ПРИ ПОСТОЯННЫХ Р И Т) ЗАВИСИТ ОТ ПРИРОДЫ И ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ИСХОДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ И НЕ ЗАВИСИТ ОТ ПУТИ ЕЁ ПРОТЕКАНИЯ. Следствия из закона Гесса: Тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку. Тепловой эффект химической реакции (∆Н) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ, взятых с учётом коэффициентов в уравнении реакции (то есть помноженные на них). Закон Гесса может быть записан в виде следующего математического выражения: С помощью закона Гесса можно рассчитать энтальпии образования веществ и тепловые эффекты реакций, которые невозможно измерить экспериментально.
• Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции — отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов. Чтобы тепловой эффект являлся величиной, зависящей только от характера протекающей химической реакции, необходимо соблюдение следующих условий: Реакция должна протекать либо при постоянном объёме Qv(изохорный процесс), либо при постоянном давлении Qp(изобарный процесс). В системе не совершается никакой работы, кроме возможной при P = const работы расширения. Если реакцию проводят при стандартных условиях при Т = 298, 15 К = 25 ˚С и Р = 1 атм = 101325 Па, тепловой эффект называют стандартным тепловым эффектом реакции или стандартной энтальпией реакции ΔHr. O. В термохимии стандартный тепловой эффект реакции рассчитывают с помощью стандартных энтальпий образования
• Сродство — способность одного объекта (тела) связываться с другим объектом и образовывать таким образом новый комплексный объект. Понятие сродство применяется как к физическим (пр. Сродство к электрону) объектам (Элементарным частицам, атомам), так и к сложным молекулам (в химии), в том числе и к белкам (в биохимии). Коэффициентом, характеризующим силу сродства, является энергия связи, выделяющаяся или затрачиваемая при возникновении связи объектов(далее молекул), измеряемая в килоджоулях(к. Дж) или электронвольтах (э. В). • Термин «аффинность» или «аффинитет» фактически является синонимами понятия «сродства» , тем не менее в русском научном языке это слово больше относится к иммунологии (взаимодействиеантигена и антитела). В неорганической химии похожим значением обладает термин «электроотрицательность» , характеризующий сродство одинарных атомов друг к другу. • В биохимии сродство лиганда к рецептору характеризует так называемый коэффициент Ki (сокр. от a dissociation constant used in receptor binding and enzyme inhibition — Константа диссоциацииприменительно к связыванию с рецепторами (receptor binding), а также ингибирования энзимов). Ki можно рассчитать[1] по следующей форуле. Если EC 50 — половина от максимально эффективной концентрации лиганда, характеризующий силу действия лиганда на рецептор, [ligand] — концентрация лиганда в растворе, Kd — константа диссоциации для лиганд-рецепор связи.
Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 8 ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Учебные вопросы
химия. 8.pptx