Энтальпия (тепловой эффект) химических реакций

Энтальпия (Н) - термодинамическая функция состояния химической системы, отвечающая тепловому (энергетическому) эффекту реакции в этой системе при постоянном давлении.

Энтальпия - энергосодержание - мера энергии, накапливаемой пpи образовании вещества, характеризует термодинамическую устойчивость, прочность вещества и является количественным выражением энергетических свойств соединения. Энтальпия вещества зависит от его состояния и от условий, поэтому все энтальпии образования отнесены к одинаковым состояниям и условиям, которые называются стандартными.

Стандартным состоянием вещества называется такое eго агрегатное состояние, которое устойчиво (т.е. обладает наименьшей энтальпией) при стандартных условиях. Стандартные условия протекания реакции отвечают постоянству термодинамической температуры и давления системы. Стандартное давление в системе 1·10⁵ Па. Например, стандартное состояние кислорода - газ 0₂, воды - жидкая вода, углерода - графит. Переход из стандартного состояния в любое другое сопровождается увеличением энтальпии, т.е. эндотермическим тепловым эффектом.

Энтальпии (теплоты) образования простых веществ в стандартных состояниях и при стандартных условиях приняты равными нулю.

Энтальпией (теплотой) образования сложного вещества из простых веществ называется тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества из простых веществ, находящихся в стандартных состояниях. Ее называют стандартной энтальпией (теплотой) образования и обозначают ∆H⁰_f.

Изменение энтальпии ∆H при переходе системы из состояния исходных веществ Н₁ в состояние продуктов реакции Н₂ определяется только начальным Н₁ и конечным Н₂ состояниями системы и не зависит от пути перехода. В реакциях с выделением теплоты (экзотермический эффект) энтальпия системы уменьшается и изменение энтальпии отрицательно (-∆Н), т.к. Н₂< Н₁, а в реакциях с поглощением теплоты (эндотермический эффект) энтальпия системы увеличивается (Н₂ > Н₁)и изменение энтальпии системы положительно (+∆Н). Значения ∆Н мало зависят от температуры, поэтому величину энтальпии реакции определяют в стандартных условиях при Т=298К и называют стандартной энтальпией (тепловым эффектом) химической реакции и обозначают ∆Н⁰₂₉₈ или ∆Н⁰_r.

Уравнения реакций с указанием значений ∆Н⁰_r в кДж называют термохимическими, в них число килоджоулей относится к 1 моль исходного или образующегося вещества.

Для вычисления величины стандартной энтальпии (теплового эффекта) реакции ∆Н⁰_r используют следствие из закона Гесса:

стандартная энтальпия (тепловой эффект) реакции ∆Н⁰_r равна сумме стандартных энтальпий (теплот) образования продуктов реакции Σ ∆Н⁰_f(прод) за вычетом суммы стандартных энтальпий (теплот) образования исходных веществ Σ ∆Н⁰_f(исх) с учетом стехиометрических количеств всех веществ и их агрегатных состояний:

∆Н⁰_r = Σ ∆Н⁰_f(прод) - Σ ∆Н⁰_f(исх)

Например, для реакции

Sb₂S₃ (к) + 3Н₂(г) = 2Sb (к) + 3Н₂S(г)

∆Н⁰_r = (3∆Н⁰_f(Н₂S) + 2∆Н⁰_f (Sb) – (∆Н⁰_f(Sb₂S₃)+ 3∆Н⁰_f(Н₂)

Значения стандартных энтальпий (теплот образования) приведены в таблице (см. приложение, табл.2).

Стандартные энтальпии образования простых веществ, термодинамически более устойчивых полиморфных модификаций или аллотропных форм условно приняты равными нулю:

∆Н⁰_f(Н₂)= ∆Н⁰_f (Sb)= 0 кДж/моль.