Простори імен
Дії сторінки
Термохімія (від гр. термос, тепло і хімія). Він полягає у вивченні перетворень, які теплова енергія зазнає в хімічних реакціях, що виникають як застосування термодинаміки до хімії. Ми часто можемо вважати, що хімічні реакції відбуваються при постійному тиску (відкрита атмосфера, тобто Р = 1 атм), або при постійному обсязі (обсягу посудини, де вони проводяться). Теплообмін, що обмінюється в процесі, еквівалентний зміні ентальпії реакції. qp = ΔrH. Тепло, яке обмінюється в цих умовах, еквівалентно зміні внутрішньої енергії реакції. qv = ΔrU
Резюме
- 1 Термохімія
- 2 Змінні стану
- 3 Тепло формування)
- 4 Типи реакцій за Ентальпією
- 4.1 Ендотермічні реакції
- 4.2 Екзотермічні реакції
- 5 Функції стану
- 6 Стандартні зміни реакцій на ентальпію
- 6.1 Ентальпії утворення сполук
- 7 Джерело
- 8 Зовнішні посилання
Термохімія
Термохімія вивчає енергетичні зміни, що відбуваються під час хімічних реакцій. Тепло, яке передається під час хімічної реакції, залежить від пройденого шляху, оскільки тепло не є функцією стану. Однак хімічні реакції зазвичай проводяться при P = cte або при V = cte, що спрощує їх дослідження. Найбільш частою є ситуація хімічних реакцій, що проводяться при P = cte, і в них тепло, що передається, є зміною ентальпії, що супроводжує реакцію, і називається "ентальпією реакції". Ентальпія є функцією стану, тому її варіація не залежить від траєкторії.
Реакції, де зміна ентальпії є позитивною (теплота, що поглинається в реакції), називаються ендотермічними реакціями, тоді як ті, у яких зміна ентальпії є негативною (тепло, що виділяється системою під час реакції), називаються екзотермічними реакціями.
Якщо ендотермічна реакція проводиться в системі адіабатичних стінок, як наслідок реакції відбувається зниження температури системи. Якщо реакція екзотермічна і відбувається в посудині з адіабатичними стінками, кінцева температура системи зростає.
Якщо стінки системи діатермічні, температура системи залишається постійною незалежно від передачі енергії, що відбувається внаслідок зміни складу.
Змінні стану
Вони є величинами, які можуть змінюватися протягом процесу (наприклад, в процесі хімічної реакції)
- Тиск.
- Температура.
- Гучність.
- Концентрація.
Тепло формування)
Саме збільшення ентальпії (DH) відбувається при реакції утворення молі певної сполуки з елементів у нормальному агрегатному стані (за стандартних умов).
Це виражається як DHf0. Це "молярне тепло", тобто коефіцієнт між DH0 і кількістю молей продукту, що утворюється. Тому він вимірюється в кДж/моль.
Теплота реакції, Qr, визначається як енергія, що поглинається системою, коли продукти реакції доводяться до тієї самої температури, що і реагенти. Для повного визначення термодинамічних станів продуктів та реагентів також необхідно вказати тиск. Якщо для обох взяти однаковий тиск, теплота реакції дорівнює зміні ентальпії системи, DH r. У цьому випадку ми можемо написати: Qr = DHr
Теплота реакції обчислюється на основі теплоти утворення. Теплота реакції: це зміна енергії, яка відбувається внаслідок розриву або утворення хімічного зв’язку. Теплота реакції, як правило, виражається в калоріях або кілокалоріях (Ккал). В даний час джоуль (J) також використовується як міра енергії, коли говорять про хімічні зміни.
Нагріванню реакції можна давати різні назви залежно від типу змін, що відбуваються в реакції. Тоді його можна назвати як: тепло утворення, теплота згоряння, тепло нейтралізації тощо.
Ця частина хімії є об'єктом вивчення термохімії, яку ми можемо визначити, оскільки галузь вивчає зміни калорійної енергії, що супроводжують хімічні реакції. Коли визначається теплота реакції, відома кількість теплоти, що виділяється або поглинається в реакції при тій же температурі, що і реагенти. Якщо в хімічній реакції відбувається поглинання енергії, це називається ендотермічним, а якщо є, інакше, виділення енергії називається екзотермічним.
Для роботи над цим питанням ви повинні обробити концепцію Ентальпії, символізовану в хімії буквою Н, ви повинні знати, що це тепло, що виділяється або поглинається в реакції постійним тиском; і це визначається шляхом обчислення варіації теплоти між отриманими речовинами та реагентами.
Це визначення називається зміною ентальпії, VH. Знак цього результату або значення вказує, чи було виділення або поглинання тепла. Значення, яке дається цією різницею або варіацією, вказує на те, що як реагенти, так і продукти містять тепло, характерне для їх маси. Вміст тепла - це міра енергії, яка накопичується речовиною під час її утворення.
Якщо значення зміни ентальпії позитивне, під час реакції відбулося поглинання тепла; а якщо воно негативне, це означає протилежне, що відбулося виділення тепла.
Типи реакцій за Ентальпією
Ендотермічні реакції
Це ті реакції, де поглинається тепло, це означає, що енергія молекул утворюються речовин або продуктів (ЕР) більша, ніж енергія молекул реагентів (ЕР).
Середовище, де відбувається такий тип реакції, охолоджується.
Екзотермічні реакції
Це ті реакції, при яких виділяється тепло, це означає, що енергія молекул отриманих речовин або продуктів (ЕР) менша, ніж енергія молекул реагентів (ЕР).
Середовище, де відбувається такий тип реакції, нагрівається.
Державні функції
Вони є змінними стану, які мають унікальне значення для кожного стану системи. Його варіація залежить лише від початкового та кінцевого стану, а не від розвиненого шляху. Вони є функціями стану: Тиск, температура, внутрішня енергія, ентальпія. Вони НЕ: тепло, робота.
Стандартні зміни ентальпії реакції
Для вивчення хімічної реакції з термодинамічної точки зору вважається, що початковий стан складається з чистих та відокремлених реагентів, а кінцевий стан складається з продуктів реакції, також чистих та відокремлених. Термодинамічні властивості кожної речовини різні, тому хімічна реакція супроводжується зміною термодинамічних функцій системи. Для оцінки цієї зміни в таблиці представлені термодинамічні властивості окремих речовин (H, Cp, S, G).
Загалом, табличні значення ентальпії стосуються значень, присвоєних хімічним речовинам у їх звичайних станах. Звичайний стан речовини довільно вибирається як нормальний або стандартний стан речовини при 25 ° C і 1 бар.
Стандартний або нормальний стан: Стандартний стан речовини - це найбільш стабільна чиста її форма при тиску 1 бар і при заданій температурі. Якщо речовина є газом при такому тиску та температурі, стандартним станом вибирається такий, в якому газ поводиться як ідеальний газ. У разі ідеальних рідких розчинів (або ідеальних твердих розчинів) стандартним станом кожного компонента вибирається рідина (або чиста тверда речовина) при Т і Р розчину (або при Р = 1 бар, різниця насправді невелика якщо тиск не дуже високий).
У випадку ідеальних розведених розчинів стандартним станом розчинника вибирається рідина (або чиста тверда речовина) при Т і Р розчину, однак стандартний стан розчиненої речовини є фіктивним станом при Т і Р розчинення, яке є результатом екстраполяції властивостей розчиненої речовини у дуже розбавлених розчинах до граничного випадку, коли її мольна частка дорівнює 1. У випадку неідеальних розчинів існують дві різні умовності, одна передбачає вибір стандартного стану ідеального розчинів, а інший - ідеальних розведених розчинів, (узгодження повинно бути вказано, оскільки в будь-якому випадку воно повинно виконуватися тим, що передбачає різне значення μi0, ai та γi).
Для кожного значення температури існує унікальний нормальний стан даної чистої речовини, цей стан представлений і зчитується стандартною молярною ентальпією при температурі T.
Довільно молярна ентальпія кожного елемента при тиску 1 бар і температурі 25 ºC приймається за нуль. Є такі елементи, як вуглець, які мають різні алотропні форми, алмаз і графіт. Для таких елементів в якості еталонної речовини приймають стабільну форму при 25 ° C та 1 бар. У цьому випадку найбільш стабільною формою є графіт, і його ентальпія дорівнює нулю, але форма алмазу не дорівнює нулю. Ця довільна умова стосується елементів, що не стосуються сполук, за винятком одноядерних двоатомних газів.
Ентальпії утворення сполук
Щоб розрахувати ентальпію утворення сполуки при 298 К і Р = 1 бар, пройдіть ряд етапів
1) Якщо всі елементи є газами при 298 K і P = 1 бар, варіація ентальпії розраховується для перетворення ідеального газу в справжній газ, за виражених умов, оскільки ідеальні гази не обробляються в лабораторії.
2) Зміна ентальпії, що виникає при змішуванні чистих елементів при 298 K і P = 1 бар, вимірюється в калориметрі
3) Якщо реакція не відбувається в тих умовах P і T, варіація ентальпії процесу, що полягає у приведенні суміші від 298K і P = 1 бар до умов, в яких відбувається утворення сполуки.
4) Вимірюємо калориметром зміну ентальпії реакції, в якій сполука утворюється з елементів, як тільки досягнуть умови, в якій відбувається реакція.
5) І нарешті, ми обчислюємо варіацію ентальпії процесу, коли сполуку беруть із умов, в яких її отримували на стадії 4, до її стандартного стану при 298 K
Варіація ентальпії стандартного утворення при 298 K - це сума 5 стадій, хоча найважливіший внесок - той, що відповідає стадії 4. Таким чином, значення ентальпій утворення сполук при 298 K становлять таблично.