Химическая термодинамика и закон Гесса

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Первое начало термодинамики и его приложение к химическим процессам
3. Закон Гесса: формулировка, следствия и термохимические расчёты
4. Энтальпия химических реакций: теплоты образования, сгорания и связи
5. Второе начало термодинамики и понятие энтропии
6. Энергия Гиббса как критерий направления химических реакций
7. Практическое применение термодинамических расчётов в химии
8. Заключение
9. Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты химических реакций и условия их самопроизвольного протекания. Основополагающий закон термохимии был сформулирован русским химиком Германом Ивановичем Гессом в 1840 году: тепловой эффект химической реакции не зависит от пути её протекания, а определяется только начальным и конечным состояниями системы. Этот закон является прямым следствием первого начала термодинамики.

Первое начало термодинамики, установленное Юлиусом Робертом Майером (1842), Джеймсом Прескоттом Джоулем (1843) и Германом Гельмгольцем (1847), формулирует закон сохранения энергии для термодинамических систем. Введение функции состояния энтальпии H = U + pV позволило выражать теплоту реакции при постоянном давлении как изменение энтальпии ΔH. Стандартные энтальпии образования веществ, табулированные в справочниках (наиболее полные данные содержатся в справочнике NIST-JANAF, 4-е издание, 1998), позволяют рассчитывать тепловые эффекты любых реакций по следствию из закона Гесса.

Второе начало термодинамики, сформулированное Рудольфом Клаузиусом (1850) и Уильямом Томсоном (1851), вводит понятие энтропии — меры необратимости процесса. Людвиг Больцман в 1877 году дал статистическую интерпретацию энтропии через формулу S = k·ln W, связав макроскопическую термодинамическую величину с числом микросостояний.

Критерий самопроизвольности химической реакции — отрицательное значение энергии Гиббса ΔG = ΔH − TΔS — объединяет энтальпийный и энтропийный факторы. Джозайя Уиллард Гиббс ввёл эту функцию в 1876 году, заложив основы химической термодинамики и теории фазовых равновесий. Правило фаз Гиббса F = C − P + 2 применяется для анализа диаграмм состояния многокомпонентных систем.