Изотермическая теплота и изотермическая работа реакции

Для получения кинетических. данных наиболее простой путь — осуществление изотермической р аботы интегральных конверторов, так как это ограничивает число переменных и облегчает интегрирование. Однако на практике изотермическая работа редко осуществляется, особенно для реакций с высокими тепловыми эффектами,вследствие ограничений в отводе тепла. Эти ограничения имеют большое значение, потому что плохой контроль за потоком тепла, приводящий к небольшим температурным градиентам в слое, может вызвать очень сильный эффект, поскольку скорость реакции экспоненциально зависит от температуры. При исследовании экзотермических реакций обычно применяют адиабатические трубные реакторы. Система температурного режима осуществляется таким образом, чтобы предотвратить утечку тепла через стенки реактора. Следовательно, профиль температур развивается вдоль длины реактора, размеры последнего зависят от теплоты реакции, теплоемкости реакционной среды и кинетики реакции. Полномасштабные заводские конверторы вследствие низкого соотношения поверхности и объема обычно работают адиабатически, и поэтому адиабатические- конверторы небольшого размера могут быть полезны для испытания на длительность пробега или для моделирования промышленной производительности. Эти конверторы могут работать либо на уровне полупромышленного масштаба, либо как пилотные установки. Адиабатические реакторы в настоящее время применяются для моделирования полномасштабных промышленных условий таких реакций, как высокотемпературная и низкотемпературная конверсия окиси углерода, реакция метанирования и синтез аммиака. [c.56]

Изотермическая теплота и изотермическая работа реакции [c.302]

Колонка работает в изотермических условиях. Влияние теплот сорбции и реакции пренебрежимо мало. [c.357]

Если изменения внутренней энергии не происходит (как при изотермическом расширении идеального газа, см. стр. 56), то совершенная работа должна быть точно равна количеству поглощенного тепла или обе эти величины должны быть равны нулю. В том случае, когда происходит химическая реакция и внутренняя энергия системы уменьшается, т. е. 17г меньше, чем Пг, то освободившаяся энергия проявляется в виде выделяющегося тепла и совершаемой работы. Относительные количества теплоты и работы могут быть неизвестны, но их разность (д—и>) должна быть равна изменению внутренней энергии. В определенных условиях возможно, что q или и> равны нулю. [c.52]

С аналогичной проблемой приходится встречаться при проведении реакции в любом реакторе без теплообменника. Количество теплоты, выделяемой или поглощаемой во время реакции, пропорционально количеству реагирующих исходных веществ, а следовательно, объему аппарата количество же теплоты, отводимой или подводимой извне, пропорционально поверхности аппарата. Поскольку с увеличением размеров аппарата объем его увеличивается пропорционально третьей степени линейного размера, а поверхность — второй степени, то чем больше аппарат, тем меньшее количество участвующей в обмене теплоты приходится на единицу объема аппарата. С повышением объема системы условия ее работы будут более близки к адиабатическим. В небольших аппаратах легче достигаются изотермические условия проведения процесса. Отсюда следует, что нужно использовать большие аппараты, когда необходимо ограничить внешний теплообмен, и меньшие, когда теплообмен с окружающей средой должен быть интенсивным. [c.404]

Уравнения (11.18) — (И-21) являются одними из наиболее важных в термодинамике, так как они связывают изменение изобарного потенциала или свободной энергии с изменением энтальпии или внутренней энергии и энтропии. В этих уравнениях величины 1/ и Qp, очевидно, относятся к разным процессам (обратимому и необратимому). По определению (с. 28) величина (Эр характеризует необратимый изотермический процесс, в котором не совершается никакой другой работы, кроме работы против сил внешнего давления. В то же время отличающееся от нуля значение указывает на величину возможной полезной работы, которую можно получить при обратимом проведении процесса. Естественно, в обратимом процессе величина теплового эффекта уже не будет равна А//, а будет характеризовать так называемую обратимую теплоту реакции. [c.37]

Иначе обстоит дело с энергией упругих микроискажений кристаллической решетки, вызванных пластической деформацией тела. Накопленная в результате пластической деформации кристалла энергия упругих искажений решетки превращается в тепло при нагреве выше температуры рекристаллизации и оценивается калориметрическим методом [16]. Количество отведенной теплоты равно изменению энтальпии, так как процесс протекает в изобарных условиях. Поскольку химические реакции обычно идут также в изобарных условиях, термодинамической функцией (мерой максимальной полезной работы химической реакции) здесь является свободная энтальпия — изобарно-изотермический потенциал (термодинамический потенциал). Так как энтропийный член в данном случае пренебрежимо мал, деформационный сдвиг равновесного потенциала может быть вычислен по величине изменения энтальпии, запасенной вследствие пластической деформации тела. [c.24]

Для расчета показателей процесса по любой двухфазной модели необходимо на основе литературных данных или исследований в лабораторном реакторе задаться кинетическими уравнениями основной и побочных реакций. Если в процессе работы катализатор теряет активность, то кинетика дезактивации и регенерации также должна быть известна. Теплоты реакций и равновесный состав реакционной смеси рассчитывают из термодинамических данных. Предварительные эксперименты в лабораторном изотермическом реакторе с неподвижным слоем необходимы для получения зависимостей констант скоростей процессов от размера зерен и пор катализатора, температуры, давления, состава реакционной среды и других условий. [c.282]

Согласно формуле (9.9) сродство А может быть больше или же меньше, чем тепловой эффект Qp. Если в экзотермической реакции образования химического соединения энтропия соединения оказывается больше суммарной энтропии исходных веществ, то это означает, что при уравновешивании химических сил реакция становится эндотермичной (изотермически поглощенная теплота L положительна) и тогда работа А на величину L превышает убыль энтальпии, т. е. тепловой эффект. К такой категории реакций и относится только что рассмотренный случай образования Og. Но при уравновешивании внутренних сил реакция может остаться экзотермичной (L отрицательна) и тогда А на величину L оказывается меньше теплового эффекта. Именно это чаще всего и наблюдается в реакциях образования соединений. [c.303]

За последние годы появилось несколько работ, посвященных исследованию кинетики реакций термического разложения при помощи дериватографа . Метод основан на измерении массы твердого вещества, теплот процесса и их производных во времени при заданной скорости нагрева образца. Метод производителен и информативен. Дискуссионной, однако, является возможность его применения к топохимическим реакциям. Специфика топохимических реакций определяется своеобразным характером развития реакционной зоны через образование ядер твердого продукта реакции и их рост. Очевидно, что форма и размер реакционной зоны будет зависеть не только от абсолютных значений скоростей образования ядер И их роста, но и от соотношения между ними. Это соотношение, например, определяет количество ядер и их средний размер (соответственно и площадь поверхности раздела твердых фаз) при одинаковых степенях превращения твердого реагента. В то же время указанное соотношение скоростей в общем случае зависит от температуры. Поэтому результаты, полученные при переменной температуре, будут отличаться от изотермических. [c.36]

Термодинамические процессы, протекающие при постоянной температуре, называются изотермическими, при постоянном давлении — изобарными, при постоянном объеме — изохорными. Процессы, при которых рассматриваемая система не обменивается теплотой с окружающей средой, хотя может быть связана с ней работой, называются адиабатными. Кроме того, различают обратимый термодинамический процесс, который допускает возможность возвращения системы в первоначальное состояние без затраты энергии. Обратимыми в термодинамике являются процессы, протекающие бесконечно медленно. Процессы, не удовлетворяющие условиям обратимости, называются необратимыми. Понятие обратимая химическая реакция не совпадает с понятием обратимый термодинамический процесс . При обратимой химической реакции, протекающей с конечной скоростью, система хотя и возвращается в исходное состояние, но в окружающей среде обычно остаются изменения. [c.42]

Ниже в качестве примера рассматривается работа проточного реактора непрерывного действия идеального вытеснения, в котором проходит экзотермическая реакция первого порядка по недостающему компоненту. Если в каждом сечении реактора с помощью охлаждающего агента (.Мх) отводится вся выделяющаяся теплота реакции, то можно считать, что реакция происходит при изотермических условиях. Аналогично будет протекать реакция в реакторе периодического действия при полном перемешивании реакционной массы и отводе выделяющейся теплоты. Уравнение скорости химической реакции (6.1), не осложняемой процессами переноса массы компонентов, применительно к случаю ее зависимости только от концентрации одного компонента можно записать через степень превращения X этого компонента [c.108]

В этих работах применялся новый изотермический калориметр, который в ходе определения передает тепло, выделяющееся при реакции, окружающей калориметр жидкости. Одновременно эта жидкость охлаждается пропусканием через нее пузырьков инертного газа. Стационарное состояние достигается, когда охлаждение в точности компенсирует нагревание за счет теплоты реакции. [c.33]

В этом случае работа, произведенная элементом, меньше теплового эффекта. Только часть теплоты реакции превращается в полезную работу тока другая часть рассеивается в окружающей среде. Если условия изотермически не выполнены и теплота не отводится во внешнюю среду, то элемент во время работы нагревается. [c.41]

Современные данные по теплотам горения относятся в большинстве случаев к реакции, протекающей изотермически, причем все принимающие в ней участие вещества находятся в стандартных состояниях. За стандартное состояние данного вещества принимается состояние, в котором эти вещества устойчивы при 25° и давлении в 1 атм. (В большинстве старых работ по теплотам горения за стандартную температуру принималась температура 18°.) [c.120]

Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях А - это работа против внешнего давления, т.е. в первом приближении А = рДУ, где ДУ - изменение объема системы (У2-У ). Так как большинство химических реакций проходит при постоянном давлении, то для изобарно-изотермического процесса (р=сопз1, Т=сопз1) теплота [c.17]

При изотермическом и обратимом проведении реакции работа получается наибольшей в таком случае наибольшая часть теплоты реакции превращается в электрическую работу. Измеренная при этом разность потенциалов между электродами носит название 9лектродвижуш,ей силы (коротко —э.д.с.) гальванического элемента. [c.173]

Рассмотрим простейшую реакцию превращения газообразного вещества В в газообразное вещество Д при температуре Т = onst. Начальные парциальные давления газов (рис. 46) будут Рц и Р , теплота реакции Q и максимальная работа газа Лтах- Проведем эту реакцию в три приема. Превратим газ В при Т = onst и давлении Рв в жидкое состояние В . При этом выделится скрытая теплота испарения Яд, на процесс конденсации затрачена работа тахв- Затем жидкое вещество В превратим в жидкое вещество Дж, здесь выделится теплота и будет произведена работа Л ах ж-После этого жидкое вещество Д превратим в газообразное Д при Т = onst и давление его доведем до начального Рд. При этом будет затрачена теплота на испарение и произведена работа Лтах о-Согласно первому и второму законам термодинамики теплота и максимальная работа реакции при изотермическом процессе не зависят от характера реакции. Поэтому для кругового изотермического процесса сумма работ и теплоты должна быть равна 0. Для суммарного процесса превращения вещества В в вещество Д теплота Qr и максимальная полезная работа могут быть определены как алгебраическая сумма теплоты и работ трех промежуточных стадий [c.157]

С первого взгляда можно подумать, что имеется нечто парадоксальное и противоречащее второму закону в том, что теплота, передаваемая системе от термостата, полностью превращается в работу, как это происходит при химической реакции, при которой S возрастает, или же при обратимом изотермическом расширении газа. В последнем случае AI/=0, если газ является идеальным и вся работа обусловлена тепловым эффектом TAS. Однако следует указать, что нет никакоЛ) противоречия второму закону в полном превращении теплоты в работу в любом процессе, не являющемся круговым. Для физической интерпретации этого можно представить работу получающейся не из энергии беспорядочного движения молекул, что совершенно недостижимо при отсутствии разности температур, а из потенциальной энергии, обусловленной направленными силами самого вещества поскольку эта энергия превращается в работу, температура будет стремиться к уменьшению, но это падение компенсируется тепловым потоком из термостата. При круговом проведении процесса, обусловленного отсутствием общего изменения энергии в системе, работа не может производиться, если нет разности температур. Другими словами, при любом изотермическом обратимом цикле общая работа равна нулю. Этот результат легко выводится из уравнения (60), так как для цикла AF должно равняться О и поэтому равно 0. Этот i [c.133]

Второй вид энергии отражается членом Qp=T S, который определяет ту часть энтальпии, которая в изотермическом процессе не может быть превращена в работу, а переходит только в теплоту, рассеивающуюся во внешнюю среду. Поэтому величину Qp=T S называют связанной энергией или обесцененной энергией. В тепловых машинах связанной энергией является энергия межмолекулярного взаимодействия частиц рабочего тела (водяной пар). Теплота экзотермических процессов (конденсация или реакции синтеза) также может явиться примером связанной энергии. Это броунова часть энергии Н. [c.121]

Очевидно, что никакой химической реакции в элементе не происходит. Однако при работе элемента активность ионов Ag+ в растворе AgNOз (аг) будет уменьшаться, а в растворе А ЫОз(а]) увеличиваться, т. е. активности ионов Ад+ будут выравниваться. Полезная максимальная работа этого процесса проявляется в виде работы тока, т. е. э.д.с. концентрационных элементов определяется максимальной работой изотермического выравнивания активностей. Этот процесс идет с поглощением теплоты из внешней среды. Та- [c.296]

Это означает, что при проведении этой реакции в изотермических условиях без Совершения электрической работы (не в гальваническом элементе) система поглощает из внешней среды 13 743 Дж/моль энергии в форме теплоты. Э.д.с. элемента Бугарского при 15°С составляет 0,1636 В, а дВ1дТ = = 8,37 10 В/К. Очевидно, что при работе в адиабатических условиях элемент Бугарского должен охлаждаться, а при работе в изотермических условиях — поглощать извне энергию 2FT dEldT = 46 000 Дж/моль (на каждые 2F). [c.486]

Накопленная в результате пластической деформации кристалла энергия упругих искажений решетки превращается в тепло при нагреве выше температуры рекристаллизации и оценивается калориметрическим методом [14]. Количество отведенной теплоты равно изменению энтальпии, так как процесс протекает в изобарных условиях. Поскольку химические реакции обычно идут также в изобарных условиях, термодинамической функцией (мерой максимальной полезной работы химической реакции) здесь является свободная энтальпия — изобарно-изотермический потенциал (термодинамический потенциал). Так как энтропийный член в данном случае пренебрежимо малТ дёфбрмационный" сдвиг [c.26]

Как указывалось выше, теплота реакции гидрирования сравнительно велика при насыш ении алкенов она достигает около 31 ООО, а при насыщении ароматических углеводородов — около 16 700 ккал на 1 кмолъ превращенного углеводорода. Надежное регулирование теплового режима играет исключительно важную роль, так как скорости реакции возрастают с повышением температуры и нри отсутствии эффективного охлаждения йодъем температуры может оказаться нерегулируемым. Для избирательного превращения в целевые продукты и увеличения продолжительности работы катализатора между регенерациями условия реакции необходимо поддерживать возможно близкими к изотермическим подъем температуры не должен превышать 6—11° С. Для ограничения подъема температуры в условиях промышленных установок применяют охлаждение холодным циркулирующим газом или впрыск жидкофазного сырья через распределительные устройства между слоями катализатора. Присутствие летучей жидкой фазы также оказывает корректирующее действие на подъем температуры, так как на испарение жидкости затрачивается часть тепла реакции, равная скрытой теплоте испарения. На некоторых установках применяют или промежуточные теплообменники между слоями катализатора, или несколько реакционных устройств тина трубчатого теплообменника. [c.150]

Величину Н называют энтапьпией. Таким образом, теплота при р=сопз1 и Т=сопзг приобретает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда тeпJютa реакции в изобарно-изотермическом процессе Ор равна изменению энтальпии системы ДН (если единственным видом работы является работа расширения) Ор= ДН. [c.17]

В более ранних работах, посвященных изучению реакций между твердыми веп1 ествами, часто пользовались понятием о температуре реакции , с которым связывались их кинетические особенности. Как было показано выше, реакция в смеси твердых веществ должна быть экзотермичной. Поэтому в ходе реакции смесь нагревается и наступает момент, когда выделяющаяся теплота уже не рассеивается в окружающем пространстве в условиях, близких к изотермическим, и температура смеси заметно возрастает. Это вызывает ускорение реакции, которое приводит к еще большему выделению тепла, и реакция протекает в неконтролируемых условиях, если только этому не препятствует накопление твердых продуктов. Температура, при которой начинается очень быстрое ускорение процесса, и называется температурой реакции . Она легко определяется из кривой изменения температуры в смеси реагирующих твердых [c.394]

В последующие годы развитие химической термодинамики пошло по двум, сначала совершенно независимым линиям. Первая связана с именами Гельмгольца и Вант-Гоффа, вторая — с именем Гиббса, В 1882 г. Гельмгольц в статье под названием К термодинамике химических реакций предложил разделить химическую энергию на две части способную превращаться только в теплоту и способную превращаться в другие виды работы. Первую он назвал связанной, а вторую свободрой энергией- Гельмгольц показал, что для изотермических систем минимум свободной энергии является условием их равновесия. Таким образом, наряду с энтропией появился еще один критерий химического равновесия. Принципиальное значение имел и вывод Гельмгольца о том, что именно значения свободной энергии, а не энергии, проявляющейся путем выделения тепла, будут определять, в каком направлении может действовать химическое сродство. Следующий шаг принадлежал Вант-Гоффу (1884—1887). Оперируя моделью идеального газа, Вант-Гофф установил термодинамическим путем связь между равновесными коицептрациями исходных веществ и конечных продуктов реакции, т. е. вывел теоретически закон действия масс. Вант-Гофф предложил также уравнение, выражающее зависимость константы равновесия (он впервые применил этот термин, так же как и знаки для обратимых реакции) от температуры, установил зависимость между константой равновесия К и работой Е. которую может произвести химическое сродство [c.121]

В экспериментах применяли изотермический калориметр типа Метьюза [4], конструкция и методика работы которого подробно описаны в [5]. Здесь отметим только, что в этом при.боре энтальпия реакции определяется по массе теплообменной жидкости, испарившейся при ее нормальной температуре кипения вследствие поглощения теплоты, выделившейся в реакционном сосуде. В качестве теплообмепной жидкости использовали тщательно очищенный четыреххлористый углерод. Для проверки надежности работы прибора полностью воспроизвели прецизионные опыты Джоши [4] по измерению энтальпии радикальной полимеризации метилметакрилата (ММА) и стирола (СТ), выполненные в калориметре такого же типа. В табл. 1 приведены среднеарифметические результаты соответственно 8 и 10 отдельных измерений Д//о ММА и СТ и указана среднеквадратичная ошибка измерений, так же как в [4]. Результаты авторов и Джоши совпадают в пределах ошибок измерений. Кроме того, наши данные с точностью 1 % согласуются со значениями ММА и СТ, полученными другими методами [6]. [c.27]

Согласно перЕОму началу термодинамики теплота реакции не зависит от пути ее, а согласно второму началу от него не зависит максимальная работа (если процесс изотермический). Поэтому [c.365]

Одна из частных, но весьма важных задач — определение теплот полимеризации — во многих случаях может быть решена при использовании двойного калориметра, построенного в лаборатории термохимии МГУ [35—37]. Этот калориметр дает возможность не только измерять интегральный тепловой эффект реакции, но и изучать кинетику реакции по скорости выделения теплоты. В лаборатории термохимии МГУ с применением двойного калориметра были измерены тепловые эффекты и исследована кинетика реакций полимеризации лактамов и их С-замещенных [37, 38], поликонденсации некоторых аминокислот в твердой фазе [39], гидролиза лактамов и некоторых их К-замещенных [40]. Проведенные работы позволили сделать ряд важных заключений о механизме реакций полимеризации и поликонденсации [41, 42]. В Ленинградском научно-исследовательском институте искусственного каучука (ВНИИСК) изготовлен изотермический калориметр для определения теплот полимеризации и измерен тепловой эффект полимеризации изопрена [43]. [c.317]

Высокая экзотермичность процесса и сравнительно узкие границы оптимального выхода формальдегида создали значительные трудности при выборе конструкции опытного реакционного аппарата. Попытка перенести на опытную установку лабораторные условия ведения процесса окончились неудачей. Построенный для этой цели трубчатый реактор, рассчитанный на работу в изотермических условиях, не обеспечил выхода формальдегида, полученного в лаборатории. В этом реакторе даже при интенсивном съеме избыточного тепла реакции дылювыми газами и воздухом, подаваемыми в межтрубное пространство, не удалось добиться равномерного распределения температуры ни в поперечном сечении реактора, ни по его высоте. В ряде опытов разница температуры в соседних трубках на одной и той же высоте достигала 80°. Даже при низком выходе формальдегида содержание побочных продуктов реакции СО и СО2 в конечном газе было высоким. С другой стороны, тепловой расчет реакции показал, что при той степени превращения исходной смеси, которая соответствует максимальному выходу формальдегида, теплота реакции может отводиться из реакционного пространства самим реакционным газом. [c.98]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология