Основні закономірності хімічних реакцій

ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Тепловий ефект реакцій. Під час хімічних реакцій зв'яз¬ки, що вже є в речовині, руйнуються й утворюються нові відбувається перебудова електронних структур атомів, моле¬кул, йонів. Для розриву хімічних зв'язків у вихідних речовинах необхідно витратити певну енергію. Під час утворення нових хімічних зв'язків у продуктах реакції енергія виділяється. Тому хімічна реакція завжди супроводжується зміною енергії системи, виділенням або поглинанням енергії—певним теп¬ловим ефектом.

Тепловий ефект реакції — це теплота, виді¬лена або поглинута системою під час перебігу в ній хімічної реакції.

Залежно від того, відбувається реакція з виділенням теп¬лоти чи супроводжується поглинанням теплоти, розрізняють екзо- та ендотермічні реакції. До перших, як правило, належать усі реакції сполучення, а до других — реакції розкладу.

Звідки ж береться теплота під час хімічних реакцій? Щоб відповісти на це запитання, треба пригадати з курсу фізики, що кожне тіло має певний запас внутрішньої енергії.

Внутрішня енергія включає усі види енергії, що характе¬ризують тіло: енергію руху молекул одна відносно одної, енер¬гію руху електронів в атомах і атомів у молекулах, йонах. Атоми, йони, молекули у твердому тілі коливаються, оберта¬ються, переміщуються тощо.

Оскільки всі хімічні реакції супроводжуються перерозпо¬ділом внутрішньої енергії між реагентами і продуктами, то сума внутрішньої енергії продуктів відмінна від суми внут¬рішньої енергії реагентів. Різниця показує ту теплоту, яка ви¬діляється або поглинається у процесі реакції.

За постійного тиску (Р = const) тепловий ефект реакції збі¬гається зі зміною ентальпії (теплоти) системи, тому замість терміна «тепловий ефект реакції» використовується термін «ентальпія реакції» (позначається Н, а зміна ентальпії — ΔH).

Під час екзотермічних реакцій система виділяє частину своєї внутрішньої енергії у зовнішнє середовище у вигляді певної кількості теплоти. Отже, внутрішня енергія системи зменшується, і зміна ентальпії матиме негативне значення.

Під час ендотермічних реакцій теплота поглинається, внутрішня енергія системи та її ентальпія збільшуються, тому зміна ентальпії ΔH матиме позитивне значення.

Для порівняння теплових ефектів різних реакцій значення цих величин, як правило, відносять до 1 моль речовини і одна¬кових умов, узятих за стандартні.

За стандартні умови, в яких перебуває ре¬човина, приймають тиск в 101325 Па (1 атм) і температуру, що дорівнює 298,15 К (25 °С).

• Порівняйте стандартні й нормальні умови. Що є спільного і чим вони відрізняються?

Рівняння хімічних реакцій із зазначенням теп¬лового ефекту називають термохімічними рів¬няннями.

Наприклад, термохімічне рівняння реакції синтезу 1 моль води (тому використовуються дробові коефіцієнти):

Н2(г) + ½O2(г) = Н2О(р); ΔH = -286 кДж/моль

Проте у термохімічному рівнянні, де використовують не дробові, а цілочислові коефіцієнти, тепловий ефект реакції треба подвоїти:

2Н2 + О2 = 2Н2О, ΔH = -572 кДж

Це означає, що реакція синтезу води супроводжується ви¬діленням кількості теплоти, що дорівнює 572 кДж. Розглянемо інший приклад: