Давайте снова обратимся к реакции 2Н2 + 02 -> 2Н20
в которой атомы водорода соединяется с атомами кислорода, образуя молеку ты воды. При объединении четырех атомов водорода с двумя атомами кислорода образовании двух молекул воды некоторое количество энергии остается в избы, ке. Сила, которая связывает атомы в молекуле, имеет электрическую природ’. Тем не менее при прямом взаимодействии водорода с кислородом выделяет только тепловая энергия.
Предположим, что известное количество водорода р введено в калориметр в котором поддерживается постоянное давление и имеется достаточное количество кислорода. В калориметре начинается реакция, в результате которой выдс ■ ляется определенное количество теплоты Q. Отношение Q/p = hCTOp называете теплотой сгорания водорода в кислородной атмосфере и измеряется в джо’ на киломоль. Точное количество выделившейся теплоты зависит от темпе разу как исходных веществ, так и продукта реакции, а также от агрегатного состояш последнего. Если вода находится в жидком состоянии, то теплота сгорания вьш чем в случае, когда вода находится в газообразном состоянии, так как в процес се конденсации воды выделяется дополнительное количество теплоты, равн теплоте конденсации воды. Как уже пояснялось в гл. 3, все топлива, имеюш в своем составе водород, характеризуются двумя значениями теплоты сгоранч высшей теплотой сгорания, когда продуктом является вода в жидком состоянч и низшей теплотой сгорания, когда вода образуется в виде пара.
В силу того что реакция протекает при постоянном давлении, количеств выделившейся теплоты равно изменению энтальпии системы АН (см. опреде ление энтальпии в гл. 2):
Q = AH. <И
Количество теплоты больше нуля, если теплота подводится к системе, как случае тепловой машины. В экзотермических реакциях Q < 0, а следователь — и АН < 0 .
Обратим внимание на договоренность о знаке, которая здесь использует Для того, чтобы остаться в рамках договоренности, принятой в гл. 2, энер X ""ex, которая подводится к системе, считается положительной; энергия, к торая отводится от системы ^ И^ых — отрицательной. Значит уравнение энергетического баланса выглядит следующим образом:
У W + У W =0. (3&>
Аші вх L-i вых ‘
Энтальпия, как и любая другая энергетическая характеристика, не имеет абсолютного значения; измерить можно только ее изменение. Поэтому мы може ‘
положить значения энтальпии исходных веществ произвольными. По договоренности энтальпия всех элементов в их естественном состоянии при температуре 298,15 К принимается равной нулю. Это значит, что энтальпия газов Н2и О, при температуре 298,15 К равна нулю, а энтальпия атомарных водорода и кислорода — не равна.
Разность между значениями энтальпии продуктов реакции и исходных веществ называется энтальпией образования продуктов АНj. Если и исходные вещества, и продукты реакции находятся при нормальных условиях1*, то энтальпия обра-
ювания называется стандартной AH’j
В эксперименте с калориметром были получены следующие значения для энтальпии образования воды:
Н,0 (пар) h°f =-241,8 МДж/кмоль, (39)
-4 J пар
Н90 (жидкость) h°f =-285,9 МДж/кмоль. (40)
Индексы «пар» и «жидк» обозначают агрегатное состояние воды, которая является продуктом реакции. Разность между значениями энтальпии образования жидкой воды и пара составляет -44,1 МДж/кмоль и равна скрытой теплоте конденсации воды Аконд. Очевидно, что /7коид = йпарообр, где Лпарообр — скрытая теплота парообразования.