Энергетика химических реакций

Основные понятия

Химическая термодинамика. Энергетика химических ре­акций изучается в рамках раздела химии, который называется химической термодинамикой. Вместе с учением о строении ве­щества и химической кинетикой химическая термодинамика образует теоретическую основу всей современной химии. Она позволяет определять направление и полноту протекания само­произвольных химических реакций, а также затраты энергии, необходимые для осуществления тех реакций, которые само­произвольно идти не могут.

Термодинамические системы. В термодинамике опериру­ют понятием «система», определение которого приведено ранее (cистема — это материальный объект, обособленный от окружающей среды физическими или воображаемыми границами.) Следует подчеркнуть, что объектом изучения термодинамики являются системы, которые состоят из большо­го числа частиц (молекул, атомов, ионов), их называют макро­скопическими (от греч. makros — большой). Классическая тер­модинамика рассматривает систему в целом, не связывая ее свойства со свойствами отдельных частиц. В этом отношении ее дополняет статистическая термодинамика, применяющая методы теории вероятности для учета свойств отдельных микро­скопических частиц, из которых состоят макроскопические системы, и объясняющая на этой основе свойства систем.

Наряду с уже упомянутыми ранее открытыми и закрытыми системами химическая термодинамика рассмат­ривает также изолированные (замкнутые) системы, которые не могут обмениваться с окружающей средой ни веществом, ни энергией (в виде теплоты или работы). Создать полностью изо­лированную от ее окружения систему практически невозможно. Однако хорошей моделью для нее служит содержимое термоса, надежно закрытого пробкой.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неодно­родные) системы. Гетерогенная система состоит из различаю­щихся по составу или свойствам макроскопических частей, от­деленных одна от другой поверхностями раздела. На этих по­верхностях скачком изменяются одно или несколько свойств. Например, гетерогенную систему образуют содержащая множе­ство растворенных солей морская вода и насыщенный водяны­ми парами воздух над ней. На границе между водой и воздухом скачкообразно изменяются состав, плотность, электрическая проводимость, теплопроводность и ряд других свойств. В гомо­генной системе нет поверхностей раздела, во всех своих точках она имеет одинаковые свойства. Примерами гомогенных систем являются газовые смеси и жидкие растворы.

Часть гетерогенной системы, характеризующаяся одинако­выми свойствами во всех своих точках и отделенная от других частей системы поверхностью раздела, называется фазой. Фаза может состоять как из одного, так и из нескольких веществ. Жидкие и твердые фазы называют конденсированными.