I закон термодинаміки встановлює кількісні та якісні зміни внутрішньої енергії системи.
Внутрішня енергія складається з усіх видів енергії: енергії протонів, нейтронів, електронів, енергії зв'язків між атомами у системі та міжмолекулярні взаємодії. І закон термодинаміки встановлює тільки зміни внутрішньої енергії, а не абсолютне її значення.
DU = U1 – U2
де, DU – внутрішня енергія
Математичний вираз І закону термодинаміки: "Зміна внутрішньої енергії системи складається з того тепла або тої енергії, яка надається даний системі, за відрахуванням тої роботи, яку здійснює дана система."
DU = DН - А
Якщо система не здійснює ніякої механічної роботи, а отримує тільки енергію, тоді:
DU = DН
Внутрішня енергія в хімічних реакціях - це тепловий ефект. Тепловим ефектом хімічної реакції називається та кількість тепла, яка виділяється або поглинається в результаті хімічних реакцій. Якщо тепло виділяється, реакцію називають екзотермічною + DН.
АВ + СД = ЕМ + DН
Якщо внаслідок реакції тепло поглинається, то реакцію називають ендотермічною - DН.
АВ + СД = ЕМ - DН
Теплохімія базується на законі Гесса: сумарний тепловий ефект даного хімічного процесу не залежить від того, вівся цей процес в одну стадію або в декілька проміжних стадій.
С + О2 = СО2 + Q ккал – 1 стадія
С + 1/2О2 = CO + Q1 ккал
CO + 1/2О2 = СО2 + Q2 ккал 2 стадія
DН = DН1 + DН2
З закону Гесса витікає декілька наслідків:
1) Теплота утворення складної речовини з простих дорівнює теплоті розкладання цієї складної речовини на прості, але з протилежним знаком.
Теплота утворення - це те тепло, яке виділяється при утворенні 1 моля складної речовини.
Теплота розкладання - це те тепло, яке виділяється або поглинається при розкладанні 1 моля речовини.
С + О2 = СО2 + DН - теплота утворення
СО2 = С + О2 - DН - теплота розкладання
Теплота утворення простих речовин дорівнює нулю. Теплоту утворення складних речовин находять за таблицею.
2) Якщо декілька хімічних реакцій виходять з різних речовин, внаслідок реакції утворюється одна і та ж речовина, то тепловий ефект переходу дорівнює різниці між відповідними реакціями.
Свуг + О2 = СО2 + DН1
Cал + О2 = СО2 + DН2
Сгр + О2 = СО2 + DН3
Наприклад, тепловий ефект переходу вугілля в алмаз дорівнює:
DНпер = DН1 - DН2
3) Тепловий ефект реакції дорівнює різниці між сумами теплоти утворення речовин, які стоять в правій та лівій частинах хімічного рівняння.