Termodinamica reacțiilor chimice

TEMA REFERATULUI

TERMODINAMICA REACȚIILOR CHIMICE.

Cuvinte cheie: energie internă, entalpie, entalpie liberă, entropie, potențial chimic, echilibru chimic, legile Hess și Kirchoff.

1. Noțiuni de termodinamică chimică

Termodinamica pornește de la postulate sau principii bazate pe o îndelungată experiență. În termodinamică, prin sistem se înțelege o porțiune de materie (unul sau mai multe corpuri) delimitată de restul materiei prin suprafețe convenționale. Acestea pot fi suprafețe de separare sau imaginare. Termodinamica chimică se ocupă numai cu acele sisteme care sunt alcătuite din substanțe în sens chimic, adică formate din molecule, atomi, ioni etc.

1.1. Energia

Capacitatea unui sistem de a efectua un lucru mecanic se numește energie. Energia este noțiunea superioară pentru lucru mecanic și căldură; se cunosc și alte forme de energie: energia cinetică, energia potențială, energia radiant, energia electrică etc, precum și mărimi termodinamice ca: energia internă, entalpia etc. Toate aceste forme de energie se transformă din una în alta pe baza legii conservării energiei (H. Von Helmholtz, 1847): energia nu poate fi create, nici distrusă; ea poate fi, însă transformată în altă formă de energie.

1.2. Energia internă

Energia unui sistem este formată din: energie potențială, funcție de poziția sistemului într-un camp; energia cinetică, față de alte sisteme; și energia internă. În termodinamicia chimică se studiază numai sistemele neexpuse unui camp exterior. Aceasta înseamnă că energia sistemului se reduce la energia internă. Prin energie internă se înțelege totalitatea energiei conținute într-un sistem izolta, independent de forma de energie; ea reprezintă, deci, suma energiilor cinetice a moleculelor, atomilor, electronilor (energie de translație, de rotație, de vibrație, de excitare a electronilor), a energiei potențiale, a energiei nucleare, a energiei chimice etc. Valoarea absolute a energiei interne nu poate fi determinată; ceea ce se poate determina, este variația energiei internă, Δu, când sistemul respectiv suferă o modificare și trece într-un sistem cu altă energie internă. Variația energiei interne, Δu, este egală cu suma energiilor

acceptate sau cedate de sistem sub formă de lucru mecanic, w, și căldură q (principiul I al termodinamicii):

Δu = q + w (1.1)

Sau exprimată sub formă diferențială:

du = δq + δw (1.2)

1.3. Entalpia

Dintre variațiile de energie, în sisteme chimice, schimbul de căldură are cea mai mare importanță. Se disting 2 situații:

În cazul sistemelor la volum constant, nu se produce un de lucru mecanic (w=0), căldura schimbată în sistem este egală cu variația energie interne:

Δu = q, respectiv du = δq (1.3)

Rezultă că variația energiei interne este egală cu căldura acceptată sau cedată de sistem, la volum constant.

În cazul sistemelor sub presiune constantă, când se produce un schimb de căldură cu exteriorul, are loc concomitant și o variație de volum, Δv. Lucrul mecanic produs de sistem pentru menținerea presiunii constante este: