Химическая термодинамика

Для прогнозирования физико-химических процессов очень важно заранее знать, возможна ли реакция между теми или иными веществами, приведенными в химический контакт. В случае, если реакция в данных условиях невозможна, то какие для ее протекания необходимы температура и давление, каков при этом окажется состав равновесной смеси и давление. Не менее важны сведения о тепловых эффектах химических реакций, особенно для оценки теплотворной способности различных видов топлива. Или, например, почему одновременно могут протекать два противоположных процесса – фотосинтез и горение? Ответы на все эти вопросы позволяет найти химическая термодинамика.

Термодинамика – наука о превращениях энергии. Химическая термодинамика применяет законы термодинамики к свойствам и поведению веществ в химических реакциях. Они определяются через изменение соответствующих термодинамических параметров состояния системы, к которым относятся:

- внутренняя энергия U – полная энергия частиц, составляющих данное вещество; она слагается из кинетической энергии поступательного, колебательного и вращательного движения частиц, а также потенциальной энергии сил притяжения и отталкивания, действующих между частицами;

- энтальпия системы Н – термодинамическая функция, характеризующая систему, находящуюся при постоянном давлении, Н=U+pV, где p и V – соответственно давление и объем системы;

- энтропия S и ее изменение DS, являющиеся мерой структурной неупорядоченности системы, Дж/(моль×К);

- свободная энергия Гельмгольца (F) и ее изменение D F, которые являются рой химического сродства и критерием самопроизвольного протекания изохорно-изотермических процессов, кДж/моль;

- свободная энергия Гиббса G и ее изменение DG, которые являются мерой химического сродства и критерием самопроизвольного протекания изобарно-изотермических процессов, кДж/моль.

Соотношения между перечисленными параметрами можно выразить следующей схемой:

H (ΔH)

U (∆U) РV (Р∆V)

ТS (Т∆S) G (∆G)

ТS (Т∆S)F(∆F)РV (Р∆V)

Из данной схемы можно легко построить любое термодинамическое уравнение, например:

∆F = ∆Н - Т∆S - Р∆V.