Первый закон термодинамики

Это всеобщий закон природы, закон сохранения и превращения энергии, соответствующий основному положению диалектического материализма о вечности и неуничтожимости движения. Впервые этот закон в 1842 г. сформулировал выдающийся немецкий физик Ю. Мейер.

Энергия не исчезает и не возникает из ничего, а только превращается из одного вида в другой в строго эквивалентных соотношениях.

В зависимости от вида системы первый закон термодинамики имеет различные формулировки.

Для закрытой системы этот закон термодинамики устанавливает связь между теплотой, полученной или выделенной системой в некотором процессе, изменением внутренней энергии системы и произведенной при этом работой.

В изолированной системе внутренняя энергия постоянна, т. е. U=0.

Если к закрытой системе подвести теплоту Q, то эта энергия расходуется на увеличение внутренней энергии системы U и на совершение системой работы, А против внешних сил окружающей среды:

Q=U+А (1.1).

В изобарно-изотермических условиях, в которых функционируют живые организмы:

А=рV, (1.2).

где: р — внешнее давление,.

V — изменение объема системы.

Подставим (1.2) в (1.1).

Qр = U+рV = (U_кон — U_нач) + (рV_кон — рV_нач) = (U_кон + рV_кон) — (U_кон + рV_нач) (1.3).

Сумма внутренней энергии системы и произведения объема на давление (U+рV) называется энтальпией (Н) — термодинамическая функция, характеризующая энергетическое состояние системы при изобарно-изотермических условиях. Таким образом:

Qр=Н (1.4).

Энтальпия — это сумма всех видов энергии, сосредоточенной в данной системе, включая и механическую энергию частиц, которая может проявиться в виде работы при расширении. Химические реакции и физико-химические процессы могут протекать с выделением и поглощением энергии. Их делят на экзотермические и эндотермические.

Процессы, в которых теплота выделяется, называются экзотермическими, процессы, протекающие с поглощением теплоты, — эндотермическими.

В экзотермических процессах энтальпия уменьшается (Н_кон Н_нач), следовательно:

ДH = (H_кон — H_нач);

ДH_экзо 0.

В эндотермических процессах энтальпия увеличивается (Н_кон Н_нач), следовательно:

ДH = (H_кон — H_нач) 0,.

ДH_эндо 0.

Энтальпия системы зависит от давления, температуры, количества вещества.

В изобарно-изотермических условиях количество теплоты, которое выделяется или поглощается в ходе химической реакции, характеризуется изменением энтальпии и называется энтальпией реакции Н. Изменение энтальпии реакции, определенное при стандартных условиях, называется стандартной энтальпией реакции и обозначается Н 0.

Энтальпия реакции, т. е. тепловой эффект реакции, зависит только от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов и не зависит от пути, по которому протекает реакция.

Стандартные условия:

• · количество вещества 1 моль;
• · давление 760 мм. рт. ст. или 101,325 кПа;
• · температура 298 ⁰К или 25 ⁰С.