logo
Калугин

2.4 Термохимия. Использование первого закона тд.

Большинство технологических операций при изготовлении электронных устройств (ЭУ) осуществляется при температуре гораздо выше комнатной и часто с протеканием химических реакций. При протекании хим. реакций происходит глубокое изменение вещества, сопровождающееся поглощением или выделением тепла. Знание тепловых эффектов сопровождающих химические реакции позволяет сознательно управлять ими. Меняя соответствующим образом внешние условия, окружающие объект производства среды.

Термохимия (ТХ) занимается экспериментальным изучением тепловых эффектов при химических превращениях, включая агрегатные превращения. Ранее отмечалось, что многообразие химических превращений по тепловому балансу можно разделить на 2 группы:

Экзотермическая (с выделением тепла)

Эндотермическая (с поглощением тепла).

К экзотермическим относится большинством реакций образования, соединения простых веществ.

Пример:

С(графит) + O2 = СO2 + 94,05 ккал

С(алмаз) + O2 = СO2 + 94,5 ккал

Pb + S(ромб) = PbS + 22,54 ккал

К эндотермическим относится большинство реакций диссоциаций (разделение, распадание) химических соединений на простые вещества.

Пример:

2Н2O(ж) = 2Н2 +О2 – 136,64 ккал

кроме того С(алмаз) + 2S(ромб) = СS(ж) – 21,0 ккал

2С(графит) + Н2 = С2Н2 – 54,19 ккал

Существуют реакции сопровождающиеся поглощением или выделением очень малого количества тепла. При некоторых условиях тепловой эффект близок к нулю.

KI + I2 = KI3 + 0,8 ккал

В реакциях образования соединений из простых веществ тепловые эффекты обычно рассчитываются на один моль продукта реакции и коэффициенты подбираются с таким расчетом, чтобы у формулы главного продукта записанного в правой части уравнения коэффициент был равен единице.

Пример:

Zn(твердый) + ½*O2(газ) = ZnО(твердый) + 83 ккал

Переход реагирующих веществ из одного агрегатного состояния в другое связан так же с выделением или поглощением тепла, поэтому ТХ уравнения должны содержать указание на агрегатное состояние продуктов реакций. А для кристаллических веществ указания их модификации, если возможно их существование в нескольких модификациях.

Пример:

С(алмаз) = С(графит) + 0,45 ккал

С ТХ уравнениями можно производить алгебраические действия. Если рассмотреть изопроцессы с учетом ТХ, то при постоянном объеме, выделяемая системой теплота, равно убыли внутренние энергии. При постоянном давлении Qp= -∆H, т.е. система переходит в состояние с меньшей энтальмией. Если учесть уравнение Менделеева-Клайперона, то соотношение между QV и QP можно представить формулой:

Qp = QV - ∆nRT (2.26)

следовательно ∆H = ∆U + ∆nRT. Т.е. тепловой эффект при постоянном давлении отличается от теплового эффекта при постоянном объеме на величину работы, совершаемой за счет изменения числа молей газообразных участков реакции при постоянном давлении.

Пример.

СОГАЗ + Н2ОГАЗ = СО2ГАЗ + Н2ГАЗ + Q

При реакции не происходит изменения числа молей ∆n=0 и Qp = QV.

N2ГАЗ + 3Н2ГАЗ = 2NH3ГАЗ + Q

∆n=2-4 = -2 т.е. число молей уменьшилось, поэтому реакция сопровождается уменьшением объема, сопровождаемая при этом работа будет отрицательной, поэтому Qp больше QV. При реакции ZnТВ + H2SO4Ж = ZnSO4Ж + H2 + Q возникает один моль газа, т.е. ∆n=1 т.е. происходит увеличение объема, а сопровождающаяся работа расширение положительно и Qp меньше QV . Т.е. в системе состоящей только из жидкости или твердых веществ изменения объема очень малы, поэтому для них Qp примерно равно QV