🔥 Калькулятор термохімії

Термохімія — розділ фізичної хімії, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій. З його допомогою розраховують ентальпію реакції за законом Гесса, теплоти утворення та згоряння речовин, а також визначають напрямок мимовільного перебігу реакцій. Знання термохімії застосовується в хімічній промисловості, харчовій технології, ракетобудуванні, медицині та енергетиці.

Закон Гесса — ентальпія реакції

Тепловий ефект реакції дорівнює сумі стандартних ентальпій утворення продуктів мінус сума стандартних ентальпій утворення реагентів:

ΔH°реакції = Σ ΔH°утв(продуктів) − Σ ΔH°утв(реагентів)

Введіть ентальпії утворення

Введіть значення у форматі: коефіцієнт × ΔH°утв (кДж/моль), через кому. Для кількох речовин розділяйте крапкою з комою.

Приклад: горіння метану — H₂O і CO₂
Для простих речовин (O₂, H₂ тощо) ΔH°утв = 0

Теплота нейтралізації

Для реакції сильна кислота + сильна основа тепловий ефект ≈ −57,3 кДж/моль H₂O. Для слабких кислот/основ ΔH відрізняється через ентальпію йонізації.

−57.3 для сильних, вільне введення для слабких

Основні поняття та формули

Стандартна ентальпія утворення ΔH°f

Зміна ентальпії при утворенні 1 моля речовини з простих речовин у стандартних умовах (T = 298 K, p = 1 бар). Для простих речовин ΔH°f = 0.

Закон Гесса (1840)

ΔH°р-ції = Σ(νi · ΔH°f,i)продуктів − Σ(νj · ΔH°f,j)реагентів

де ν — стехіометричні коефіцієнти.

Теплота згоряння ΔH°comb

Тепловий ефект повного окиснення 1 моля речовини до CO₂(г) і H₂O(р):

Метан CH₄: ΔH°comb = −890 кДж/моль
Етанол C₂H₅OH: ΔH°comb = −1366 кДж/моль
Глюкоза C₆H₁₂O₆: ΔH°comb = −2803 кДж/моль

Зв'язок ентальпії та внутрішньої енергії

ΔH = ΔU + Δ(pV) = ΔU + Δnгаз · R · T

де Δnгаз — зміна кількості молів газів у реакції.

Практичні приклади

Приклад 1. Горіння метану: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

ΔH°f: CO₂ = −393,5; H₂O(г) = −241,8; CH₄ = −74,8; O₂ = 0

ΔH° = [1·(−393,5) + 2·(−241,8)] − [1·(−74,8) + 2·(0)]

ΔH° = (−877,1) − (−74,8) = −802,3 кДж/моль

Реакція екзотермічна — виділяє тепло.

Приклад 2. Нейтралізація HCl + NaOH → NaCl + H₂O

ΔH° = 1 моль × (−57,3 кДж/моль) = −57,3 кДж

Практичне значення та контекст

Коротка довідка

Карно заклав основи термодинаміки в 1824 р. Клаузіус ввів поняття ентропії (1865), Больцман пов'язав її з мікростатами.

Де застосовується

Теплоенергетика: ККД двигунів, турбін, холодильників. Хімічна технологія: теплові ефекти реакцій, ентальпія. Метеорологія: термодинаміка атмосфери, хмари, адіабатичні процеси. Матеріалознавство: фазові діаграми, термообробка металів.

Часті запитання

Що означає від'ємне значення ΔH?
Від'ємна ентальпія (ΔH < 0) означає екзотермічну реакцію — тепло виділяється в навколишнє середовище. Додатня ΔH > 0 — ендотермічна реакція, тепло поглинається.
Чому для простих речовин ΔH°f = 0?
За угодою IUPAC, стандартна ентальпія утворення простих речовин у стані, стабільному за 298 K і 1 бар, прийнята за нуль — це точка відліку для всіх термохімічних розрахунків.
Чим відрізняється ентальпія від теплоти реакції?
При сталому тиску (більшість лабораторних умов) ΔH = Qp — ентальпія дорівнює теплоті реакції. При сталому об'ємі (калориметр-бомба) Qv = ΔU, і ΔH = ΔU + ΔnгазRT.
Що означає перший закон термодинаміки?
Перший закон термодинаміки — це закон збереження енергії для теплових процесів: ΔU = Q - W, де ΔU — зміна внутрішньої енергії системи, Q — теплота, підведена до системи, W — робота, виконана системою. Тобто теплота, підведена до системи, витрачається на збільшення її внутрішньої енергії та виконання роботи.
Що таке КІД теплового двигуна?
Коефіцієнт корисної дії (КІД) теплового двигуна — це відношення корисної роботи до підведеної теплоти: η = W/Q₁ = 1 - Q₂/Q₁, де Q₁ — теплота від нагрівача, Q₂ — теплота, відданою холодильнику. Максимальний КІД задається циклом Карно: η_Карно = 1 - T₂/T₁, де T — абсолютні температури.