Энтальпия. Закон Гесса

В случае исследования процессов, происходящих при постоянном давлении (p = const), целесообразно вместо внутренней энергии U использовать иную функцию состояния, которая будет хорошо описывать термодинамическую систему. Используя выражение для работы во время изменения объема при изобарном процессе (A = pDV), можно записать уравнение для первого закона термодинамики как:

Q = DU + A = DU + pDV = D(U + pV) = DH. (8.32)

Здесь функция H = U + pV называется энтальпией. Как и внутренняя энергия, энтальпия является также функцией состояния термодинамической системы.

В дифференциальной форме последнее выражение имеет вид (при р = const):

dU + pDV = d (U + pV) = dH. (8.33)

Изменение энтальпии DН равно количеству теплоты, которую сообщают системе или отводят от нее при постоянном давлении, вот почему значения DН характеризуют тепловые эффекты фазовых переходов во время испарения, плавления, сгорания, образования соединений из простых веществ.

Изменение энтальпии системы равно разности между энтальпиями конечного и начального состояний: DН = Н_к – Н_п. Рассмотрим, например, химическую реакцию как термодинамический процесс. Изменение энтальпии в этом случае равно разности энтальпий продуктов реакции и реагентов. Если во время реакции тепло поглощается из окружающей среды, то DH > 0, и наоборот.

Закон Гесса - Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания:

Q = DН = - . (8.34)

Здесь и - сумма энтальпий продуктов реакции и исходных веществ, соответственно.

Среди факторов, влияющих на изменение энтальпии, следует отметить температуру, давление, состояние реагентов и продуктов. Для сравнения изменений энтальпии во время разнообразных реакций используют так званые стандартные условия: давление р = 1 атм; температура Т = 298 К; концентрация С = 1 М (1 моль). Определенные при таких условиях значения стандартных энтальпий образования D можно найти в таблицах термохимических справочников. В качестве примера приведем значения D некоторых веществ в табл. 8.4.

Табл. 8.4 – Значения стандартных энтальпий образования D некоторых веществ

Формула	Состояние	Вещество	D , кДж/моль
СН4	Газ	Метан	- 102
О2	Газ	Кислород
СО2	Газ	Двуокись углерода	- 393,5
Н2О	Жидкость	Вода	- 285,8
С	Кристалл	Графит
С6H12O6	Кристалл	a - D -глюкоза	- 1274,4
Н2	Газ	Водород
С3Н8	Газ	Пропан	- 104,7

Пример

Определить разность энтальпий продуктов реакции окисления 2-х молей глюкозы при постоянном давлении: С₆H₁₂O₆ + 6O₂ ® 6СO₂ + 6H₂ – Q.