Как рассчитать тепловой эффект

Тепловой эффект термодинамической системы появляется вследствие возникновения в ней химической реакции, однако одной из ее характеристик не является. Эта величина может быть определена только при соблюдении некоторых условий.

Инструкция

1. Понятие теплового эффекта тесно связано с понятием энтальпии термодинамической системы. Это тепловая энергия, которая может быть преобразована в теплоту при достижении определенной температуры и давления. Эта величина характеризует состояние равновесия системы.
2. Любая химическая реакция всегда сопровождается выделением или поглощением некоторого количества теплоты. В данном случае под реакцией подразумевается воздействие реагентов на продукты системы. При этом возникает тепловой эффект, который связан с изменением энтальпии системы, а ее продукты принимают температуру, сообщаемую реагентами.
3. В идеальных условиях тепловой эффект зависит только от характера химической реакции. Это такие условия, при которых принимается, что система не совершает никакой работы, кроме работы расширения, а температуры ее продуктов и воздействующих реагентов равны.
4. Различают два типа протекания химической реакции: изохорный (при постоянном объеме) и изобарный (при постоянном давлении). Формула теплового эффекта выглядит следующим образом:dQ = dU + PdV, где U – энергия системы, P – давление, V – объем.
5. При изохорном процессе слагаемое PdV обращается в ноль, поскольку объем не меняется, значит, не происходит расширения системы, поэтому dQ = dU. При изобарном процессе давление постоянно, а объем увеличивается, что означает, что система совершает работу расширения. Поэтому при вычислении теплового эффекта к изменению энергии самой системы прибавляется энергия, расходуемая на совершение этой работы: dQ = dU + PdV.
6. PdV – величина постоянная, поэтому ее можно внести под знак дифференциала, следовательно dQ = d(U + PV). Сумма U + PV полностью отражает состояние термодинамической системы, а также соответствует состоянию энтальпии. Таким образом, энтальпия есть энергия, расходуемая при расширении системы.
7. Наиболее часто рассчитывают тепловой эффект двух видов реакций – образования соединений и сгорания. Теплота сгорания или образования – табличная величина, поэтому тепловой эффект реакции в общем случае можно вычислить, просуммировав теплоты всех участвующих в ней веществ.