Термохимия

Энтальпия образования Стандартная энтальпия образования ( $\boldsymbol{\Delta}_{\boldsymbol{f}} \boldsymbol{H}$ ) - изменение энтальпии при образовании 1 моль вещества из простых веществ в их стандартных состояниях. Примеры: $$ 0.5 N_{2, \text { газ }}+1.5 H_{2, \text { газ }}=NH_{3, \text { газ }} ; \Delta_{f} H\left(NH_{3}\right)-\text { энтальпия образования } $$ аммиака; $$ 0.5 H_{2, \text { газ }}+0.5 Cl_{2, \text { газ }}=HCl_{\text {газ }} ; \Delta_{f} H(HCl)-\text { энтальпия образования } $$ хлороводорода; $$ 0.5 ~N_{2, \text { газ }}+2 H_{2, \text { газ }}+0.5 Cl_{2, \text { газ }}=NH_{4} Cl_{\text {тв. }} ; \Delta_{f} H\left(NH_{4} Cl\right) - \text { энтальпия образования хлорида аммония;} $$ Для простых веществ (например, $O_{2, \text { газ }}, N_{2, \text { газ }}, H_{2, \text { газ }}$ ) $\Delta_{f} H=0$. Для аллотропных модификаций (углерод, сера) за ноль принята наиболее устойчивая форма: $\Delta_{f} H($ графит $)=\Delta_{f} H($ ромбическая $)=0$. Любую реакцию можно разбить на две стадии. Сначала реагенты разбивают на простые вещества, а потом из простых веществ получают продукты. Согласно закону Гесса, энтальпия этих стадий равна энтальпии реакции: $$ \Delta_{r} H=\sum \Delta_{f} H(\text {продукты})-\sum \Delta_{f} H(\text {реагенты}) . $$ Синтез хлорида аммония из аммиака и хлороводорода: $$ \begin{gathered} NH_{3, \text { газ }}+HCl_{\text {газ }}=NH_{4} Cl_{\text {тв }} ; \\ \Delta_{r} H=\Delta_{f} H\left(NH_{4} Cl\right)-\Delta_{f} H\left(NH_{3}\right)-\Delta_{f} H(HCl) . \end{gathered} $$ Цикл Борна-Габера Потенциал ионизации (I) - энергия, необходимая для удаления одного электрона из атома в газовой фазе; $I_{1}$ - первый потенциал ионизации (удаление первого электрона); $I_{2}$ - второй потенциал ионизации (удаление второго электрона). Обычно потенциал ионизации положителен. $$ N a_{\text {газ }}=N a_{\text {газ }}^{+}+e^{-} ; \Delta H=I_{1}>0 . $$ Сродство к электрону ($\boldsymbol{\varphi}$) $-$ энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к атому в газовой фазе. При присоединении электрона к атому энергия системы обычно понижается, поэтому энтальпия такого процесса отрицательна. $$ Cl_{\text {газ }}+e^{-}=Cl_{\text {газ }}^{-} ; \Delta H=\boldsymbol{\varphi} Энергия кристаллической решётки ( $\boldsymbol{E}_{\text {кр }}$ ) - энергия, необходимая для разрушения кристалла и удаления ионов на бесконечное расстояние (в газовой фазе). $$ NaCl_{\text {тв. }}=Na_{\text {газ }}^{+}+Cl_{\text {газ }}^{-} ; \Delta H=E_{\text {кр. }}>0 . $$ Энергия связи ( $E_{CB}$ ) - энергия, затрачиваемая на разрыв $\mathbf{1}$ моль связей в газовой фазе (например, $C-H$ или $Cl-Cl$ ); энергия диссоциации ( $E_{\text {дис.) }}$ частный случай для двухатомных молекул ( $Cl-Cl$ или $$ Cl_{2, \text { газ }}=2 Cl_{\text {газ }} ; \Delta H=E_{\text {дис. }}>0 . $$ Энтальпия образования $\left(\Delta_{f} H\right)$ - энергия образования 1 моль вещества из простых веществ в стандартных состояниях. $$ Na_{\text {ТВ. }}+0.5 C l_{2, \text { газ }}=NaCl_{\text {тв. }} ; \Delta_{f} H . $$ Энтальпия сублимации ( $\boldsymbol{\Delta}_{\text {субл. }} \boldsymbol{H}$ ), плавления ( $\boldsymbol{\Delta}_{\text {плавл. }} \boldsymbol{H}$ ), испарения $\left(\boldsymbol{\Delta}_{\text {исп. }} \boldsymbol{H}\right)$ - энергия, необходимая для перехода из твёрдого состояния в газообразное, из твёрдого в жидкое и из жидкого в газообразное. $$ \begin{gathered} Na_{\text {тв. }}=Na_{\text {газ }} ; \Delta_{\text {субл. }} H=\Delta_{\text {плавл. }} H+\Delta_{\text {исп. }} H ; \\ Na_{\text {тв. }}=Na_{\text {жидк. }} ; \Delta_{\text {плавл. }} H ; \\ Na_{\text {жидк. }}=Na_{\text {газ }} ; \Delta_{\text {исп. }} H . \end{gathered} $$ Взаимосвязь величин: образование NaCl из простых веществ можно разбить на следующие стадии: Сублимация натрия ( $\boldsymbol{\Delta}_{\text {субл. }} \boldsymbol{H}$ ), ионизация натрия ( $I_{1}$ ) в газовой фазе; Диссоциация 0.5 моль хлора ( $0.5 E_{\text {дис }}$ ), присоединение электрона к атому хлора ( $\varphi$ ); Образование кристаллической решётки из ионов ( $-E_{\text {кр. }}$ ). $$ \begin{gathered} Na_{\text {тв. }}+0.5 C l_{2, \text { газ }} \\ \downarrow \Delta_{\text {субл. }} H \\ Na_{\text {газ }}+0.5 C l_{2, \text { газ }} \\ \downarrow I_{1} \\ Na_{\text {газ }}^{+}+0.5 C l_{2, \text { газ }} \\ \downarrow 0.5 E_{\text {дис. }} \\ Na_{\text {газ }}^{+}+C l_{\text {газ }} \\ \downarrow \varphi \\ Na_{\text {газ }}^{+}+C l_{\text {газ }}^{-} \\ \downarrow-E_{\text {кр. }} \\ NaCl_{\text {тв. }} ; \end{gathered} $$ Таким образом, по закону Гесса: $$ \Delta_{f} H(NaCl)=\Delta_{\text {субл. }} H(Na)+I_{1}(Na)+0.5 E_{\text {дис. }}\left(Cl_{2}\right)+\varphi(Cl)-E_{\text {кр. }}(NaCl) . $$ Энтропия и энергия Гиббса в химической термодинамике. Энтропия $(\boldsymbol{S})$ - термодинамическая величина, характеризующая степень неупорядоченности системы, измеряется в Дж/(моль•К). Второй закон термодинамики (неравенство Клаузиуса): при передаче системе теплоты энтропия (степень неупоря...