Тепловым эффектом называется количество выделенной или поглощенной теплоты при следующих условиях: система совершает только работу расширения, объем или давление остаются постоянными, температуры исходных и конечных веществ одинаковы, реакция протекает практически до конца.
Для расчета тепловых эффектов различных процессов, (в том числе и состоящих из нескольких этапов) в термодинамике применяют закона Гесса (установлен экспериментально Г.И. Гессом), который формулируется следующим образом: «Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути процесса, а определяется лишь состоянием исходных и конечных веществ, в ней участвующих». Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм произведений энтальпий образования конечных и исходных веществ на стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
DrH0298=ånкон(DfH0298)кон-ånнач(DfH0298 )нач
Для различных веществ при нормальных условиях (Р0=101,3 кПа; Т0=298К) энтальпии образования обозначаются как DfН0298, кДж/моль и приводятся справочниках физико-химических величин.
Для реальных систем закон Гесса используют при вычислении общего количества теплоты, необходимого для нагревания (или выделяющегося при охлаждении) любой системы от Т1 до Т2 при Р=соnst, где Т1 ³Т0:
Qp=nòсp(T)dT
Qp=DH=n[a(T-T0)+b/2(T2-T20)+c/3(T3-T30)+c/(1/T0-1/T)+d/4(T4-T40)].
Закон Кирхгофа. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры
Тепловой эффект процесса зависит от температуры. Эта зависимость определяется законом Кирхгофа, который формулируется следующим образом: «Частная производная от теплового эффекта по температуре равна разности теплоемкости системы в конечном и исходном состояниях». Для процессов, протекающих при постоянном давлении, этот закон выражается уравнением:
dQp/dT=d(DrH)/dT=å(nCp)кон-å(nCp)исх=DrCp
Закон Кирхгофа справедлив для любых процессов при условии, что W/=0, т.е. W=Wрасш. Для приближенных расчетов: Qp=DrH0298+Dra(T-298)-(T2-2982)Drb/2. Где: Dra=å(na)кон-å(na)исх.; Drb=å(nb)кон.-å(nb)исх..