Изучая естествознание и физику, люди узнали о химической, электрической, механической, ядерной, солнечной и прочих формах существования энергии. Согласно различным формам энергии, по-разному проявляются и энергетические эффекты химических реакций.
Существует также и особый вид энергии — так называемая химическая энергия — это потенциал химического вещества, подвергающегося трансформации посредством химической реакции для превращения в другие химические вещества.
Внутренняя энергия
Так при разложении воды на водород и кислород можно воспользоваться электролизом. Нужная для этого электрическая энергия выделяется в результате протекания окислительно-восстановительных реакций во время работы аккумулятора. Сгорание магния сопровождается выделением тепловой и световой энергии. А разложение хлорида и бромида серебра (I) в традиционном фотографическом процессе происходит с поглощением световой энергии. Также вследствие протекания химических реакций может выполняться механическая работа — например, при взрыве или работе двигателя внутреннего сгорания.
Все эти факты доказывают существование внутренней энергии, которая «скрыта» в веществах и высвобождается во время химических процессов. То есть химические реакции сопровождаются изменением не только состава и строения веществ, но и изменением их внутренней энергии.
Термодинамика химических процессов
Изучение взаимосвязи тепловой энергии и работы с химическими реакциями или с физическими изменениями состояния в рамках законов термодинамики.
Химическая термодинамика включает не только лабораторные измерения различных термодинамических свойств, но и применение математических методов для изучения химических явлений и спонтанности процессов.
Структура химической термодинамики основана на первых двух законах термодинамики. Исходя из первого и второго законов термодинамики, можно получить четыре уравнения, называемые «фундаментальными уравнениями Гиббса». Из этих четырех общих уравнений можно вывести множество частных, связывающих термодинамические свойства термодинамической системы с использованием относительно простой математики. В нем излагаются математические рамки химической термодинамики.
Тепловые явления, сопровождающие химические реакции
Чтобы разрушить что-либо в природе, нужно потратить определенное количество энергии. Не являются исключением из этого правила и разрушения химических связей в соединениях.
Так для разрушения связей между молекулами (лед, парафин, твердый углекислый газ, сахар и т.д.) достаточно небольшого количества тепловой энергии. А чтобы, не прибегая к растворению, разрушить химические связи между ионами (хлорид натрия, питьевая сода и т.д.), приходится тратить большое количество тепловой энергии (по крайней мере, на газовой плите вам их расплавить не удастся).
Энергию, выделенную или поглощенную системой во время течения в ней химической реакции, называют энергетическим эффектом реакции.
Он составляет разницу между внутренней энергией реагентов и продуктов реакции.
Часто в результате преобразования одних веществ в другие выделяется или поглощается тепловая энергия. Ее количество (обозначают , измеряют в Дж, кДж т.д.) называют тепловым эффектом химической реакции. Он зависит от природы реагирующих веществ, их количества и агрегатного состояния, давления и т. Поэтому в целях стандартизации тепловые эффекты отмечают для температуры 25°С и давлении 0,101 МПа.
Такая энергия, которая может выделяться (или поглощаться) из-за реакции между набором химических веществ, численно равна разнице между энергетическим содержанием продуктов и реагентов, если исходная и конечная температуры одинаковы.
Это изменение энергии можно оценить по энергии связи различных химических связей в реагентах и продуктах.
Тепловые эффекты определяют экспериментально в специальных приборах — калориметрах. На практике их вычисляют для оценки теплоты сгорания веществ, теплотворной способности топлива, энергетической ценности пищевых продуктов.
Научная статья по химии на заказ от проверенных экспертов по низкой цене!
Комментарии