Внутренняя энергия. Закон сохранения энергии (первое начало термодинамики)

Тот факт, что при реакциях окисления и горения, при реакциях нейтрализации энергия всегда выделяется, говорит о том, что ещё до реакции вещества обладали запасом энергии Е.

Энергия Е, скрытая в веществе и выделившаяся при химических процессах, называется внутренней энергией (U, кДж/моль).

Внутренняя энергия зависит от температуры и объёма, различают энергию потенциальную и энергию кинетическую.

                                           U = U_пот. + U_кин.

U_пот. – энергия взаимодействия всех частиц вещества, обусловленная силами притяжения и отталкивания.

U_кин. – энергия движения элементарных частиц ядра, колебаний ядер атомов, движения электронов, молекул вещества.

Определить или рассчитать абсолютное значение внутренней энергии U не представляется возможным, так как это нельзя экспериментально определить. Но можно определить разницу (изменение U)

                                            .

Пусть вещества (химические системы) переходят из состояния  в состояние . Допустим, при этом системы поглощают тепло, процесс будет эндотермическим, тогда тепло, поглощенное системой будет затрачиваться на совершение работы расширения Q_погл.

                                                → ;

                                                                           _.

Уравнение указывает, что если к системе подводится теплота Q, то, в общем случае, она расходуется на изменение её внутренней энергии  и на совершение работы A.

Под внутренней энергией системы подразумевается общий её запас, включая энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию движения электронов в атоме, внутриядерную энергию, то есть все виды энергии, кроме кинетической и потенциальной. Под величиной А понимают работу против всех сил, действующих на систему (внешнее давление, электрическое и магнитное поля).

В изохорном состоянии при V = const

                                                            ;

                                                  A_p = 0.

Поэтому, в этом процессе .

Для экзотермических процессов , для эндотермических процессов .

В изобарных условиях при р = const

                                 ;

                                               .

Подставим значения работы в (*) и получим первый закон сохранения энергии

                                          .

Тепло, поглощенное системой, затрачивается на приращение внутренней энергии и на совершение работы внешних сил.

 

Закон сохранения энергии:

Энергия не может ни создаваться, ни исчезать. Она может только переходить из одной формы в другую. Она не исчезает бесследно.

                                 ;

                                .

Сумма внутренней энергии и произведение давления на объем в термодинамике называется энтальпией.

                                , [H] = кДж/моль;

                                      .

Тепловой эффект при р – const равен изменению энтальпии, но противоположен ей по знаку.

Энтальпию H невозможно определить и посчитать, но можно определить её изменение  при химических процессах.

Энтальпия H – это сложная термодинамическая функция состояния системы, характеризующая полный запас энергии системы.

 

Экзотермический	Эндотермический

Теплота образования сложных веществ

Изменение энтальпии H при образовании одного моля сложного вещества из одного моля простых веществ при стандартных условиях             (р = 101,3 кПа, Т = 298 К) называется теплотой образования вещества. Обозначается °_298°обр.

может принимать положительные и отрицательные значения. простых веществ равно нулю (  = 0). Чем отрицательнее значение принимает °₂₉₈, тем больше выделяется тепла при образовании вещества, тем меньшим запасом обладает образовавшееся вещество и тем оно более устойчивое. Если > 0, то такое вещество является термодинамически неустойчивым.