Первый закон термодинамики

Внутренняя энергия системы (U) в результате какого-либо процесса (в том числе и химического) может изменяться на величину AU. Передача энергии системе или от нее может происходить в форме теплоты Q и (или) работы W. Величины Ail, Q и Wсвязаны между собой следующим уравнением:

где Q — теплота, поглощенная системой; Д U — изменение внутренней энергии системы; W — работа, совершаемая системой.

Это математическое выражение носит название первого закона термодинамики:

(c)Поглощенная системой теплота расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение ею работы против внешних сил.

По сути, первый закон термодинамики является не чем иным, как одной из формулировок закона сохранения энергии, в соответствии с которым энергия, потерянная системой, равна энергии, приобретенной внешней средой, или энергия, приобретенная системой, равна энергии, потерянной внешней средой. Энергия не может быть создана или уничтожена, а может лишь переходить из одной формы в другую (Р. Майер, 1842; Д. Джоуль, 1842; Г. Гельмгольц, 1847).

Если работа связана только с изменением объема системы при постоянном давлении, подстановка уравнения (4.1) в выражение (4.2) приводит к соотношению

В изохорных процессах (реакции, проходящие без изменения объема системы AV = 0) теплота, подведенная к системе, расходуется только на увеличение ее внутренней энергии:

где Q_v — теплота, поглощаемая при постоянном объеме.

Чаще всего химические реакции проводят в открытых сосудах, например: в пробирках, химических стаканах, химических реакторах, сообщающихся с окружающей средой. В этом случае давление в системе остается постоянным и совпадает с атмосферным — это так называемые изобарные процессы (реакции, проходящие при постоянном давлении):

где Q_p — теплота процесса при неизменном давлении.

Подставив в уравнение (4.4) уравнение (4.1), получим Изменение энтальпии в процессе при постоянном давлении равно.

Сравнивая уравнения (4.5) и (4.6), получим

Таким образом, теплота, подведенная к системе в условиях изобарного процесса, расходуется только на увеличение ее энтальпии.