Termokemija proučuje toplotne učinke kemijskih reakcij. V mnogih primerih te reakcije potekajo pri konstantnem volumnu ali konstantnem tlaku. Iz prvega zakona termodinamike sledi, da je pod temi pogoji toplota funkcija stanja. Pri stalni prostornini je toplota enaka spremembi notranje energije:
in pri konstantnem tlaku - sprememba entalpije:
Te enakosti, če jih uporabimo za kemijske reakcije, predstavljajo bistvo Hessov zakon:
Toplotni učinek kemijske reakcije, ki poteka pri konstantnem tlaku ali konstantnem volumnu, ni odvisen od reakcijske poti, temveč ga določa le stanje reaktantov in reakcijskih produktov.
Z drugimi besedami, toplotni učinek kemijske reakcije je enak spremembi funkcije stanja.
V termokemiji se za razliko od drugih aplikacij termodinamike toplota šteje za pozitivno, če se sprosti v okolje, tj. če H < 0 или U
< 0. Под тепловым эффектом химической реакции
понимают значение H(ki ji preprosto rečemo "reakcijska entalpija") oz U reakcije.
Če reakcija poteka v raztopini ali v trdni fazi, kjer je sprememba volumna zanemarljiva, potem
H = U + (pV) U. (3.3)
Če v reakciji sodelujejo idealni plini, potem pri konstantni temperaturi
H = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)
kjer je n sprememba števila molov plinov v reakciji.
Da bi olajšali primerjavo entalpij različnih reakcij, se uporablja koncept "standardnega stanja". Standardno stanje je stanje čiste snovi pri tlaku 1 bar (= 10 5 Pa) in dani temperaturi.. Za pline je to hipotetično stanje pri tlaku 1 bar, ki ima lastnosti neskončno redčenega plina. Entalpija reakcije med snovmi v standardnih stanjih pri temperaturi T, označujejo ( r pomeni "reakcija"). Termokemijske enačbe ne označujejo samo formul snovi, temveč tudi njihova agregatna stanja ali kristalne modifikacije.
Iz Hessovega zakona izhajajo pomembne posledice, ki omogočajo izračun entalpij kemijskih reakcij.
Posledica 1.
enaka razliki med standardnimi entalpijami tvorbe reakcijskih produktov in reagentov (ob upoštevanju stehiometričnih koeficientov):
Standardna entalpija (toplota) tvorbe snovi (f pomeni "nastajanje") pri določeni temperaturi je entalpija reakcije nastajanja enega mola te snovi iz elementov, ki so v najbolj stabilnem standardnem stanju. Po tej definiciji je entalpija tvorbe najbolj stabilnih enostavnih snovi v standardnem stanju 0 pri kateri koli temperaturi. Standardne entalpije tvorbe snovi pri temperaturi 298 K so navedene v referenčnih knjigah.
Koncept "tvorbene entalpije" se ne uporablja samo za navadne snovi, ampak tudi za ione v raztopini. V tem primeru se ion H + vzame kot referenčna točka, za katero se predpostavlja, da je standardna tvorbena entalpija v vodni raztopini enaka nič: 
Posledica 2. Standardna entalpija kemijske reakcije
enaka razliki v entalpijah zgorevanja reaktantov in reakcijskih produktov (ob upoštevanju stehiometričnih koeficientov):
(c pomeni "zgorevanje"). Standardna entalpija (toplota) zgorevanja snovi je entalpija reakcije popolne oksidacije enega mola snovi. Ta posledica se običajno uporablja za izračun toplotnih učinkov organskih reakcij.
Posledica 3. Entalpija kemijske reakcije je enaka energijski razliki med pretrganimi in nastalimi kemičnimi vezmi.
Energija komunikacije A-B poimenujte energijo, ki je potrebna za pretrganje vezi in ločevanje nastalih delcev na neskončno razdaljo:
AB (g) A (g) + B (g) .
Komunikacijska energija je vedno pozitivna.
Večina termokemijskih podatkov v referenčnih knjigah je podanih pri temperaturi 298 K. Za izračun toplotnih učinkov pri drugih temperaturah uporabite Kirchhoffova enačba:
(diferencialna oblika) (3.7)
(integralna oblika) (3.8)
kje C str- razlika med izobarično toplotno kapaciteto reakcijskih produktov in izhodnih snovi. Če razlika T 2 - T 1 je majhen, potem lahko sprejmete C str= konst. Če je temperaturna razlika velika, je treba uporabiti temperaturno odvisnost C str(T) tip:
kje so koeficienti a, b, c itd. za posamezne snovi so vzeti iz referenčne knjige, znak pa označuje razliko med produkti in reagenti (ob upoštevanju koeficientov).
PRIMERI
Primer 3-1. Standardne entalpije tvorbe tekoče in plinaste vode pri 298 K so -285,8 oziroma -241,8 kJ/mol. Izračunajte entalpijo uparjanja vode pri tej temperaturi.
rešitev. Entalpije nastajanja ustrezajo naslednjim reakcijam:
H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (l), H 1 0 = -285.8;
H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.
Drugo reakcijo lahko izvedemo v dveh stopnjah: najprej zažgemo vodik, da nastane tekoča voda v skladu s prvo reakcijo, nato pa vodo izparimo:
H 2 O (l) = H 2 O (g), H 0 isp = ?
Potem, po Hessovem zakonu,
H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,
kjer H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.
Odgovori. 44,0 kJ/mol.
Primer 3-2. Izračunajte reakcijsko entalpijo
6C (g) + 6H (g) = C 6 H 6 (g)
a) z entalpijami nastajanja; b) z veznimi energijami, ob predpostavki, da so dvojne vezi v molekuli C 6 H 6 fiksne.
rešitev. a) Entalpije tvorbe (v kJ/mol) najdete v priročniku (na primer P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5. izdaja, str. C9-C15): f H 0 (C6H6(g)) = 82,93, f H 0 (C (g)) = 716,68, f H 0 (H (g)) = 217,97. Reakcijska entalpija je:
r H 0 = 82,93 - 6716,68 - 6217,97 = -5525 kJ/mol.
b) Pri tej reakciji se kemijske vezi ne pretrgajo, ampak le tvorijo. V približku fiksnih dvojnih vezi vsebuje molekula C 6 H 6 6 C-H vezi, 3 C-C vezi in 3 C=C vezi. Energije vezi (v kJ/mol) (P.W.Atkins, Fizikalna kemija, 5. izdaja, str. C7): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C=C) = 612. Reakcijska entalpija je:
r H 0 = -(6,412 + 3,348 + 3,612) = -5352 kJ/mol.
Razlika pri točnem rezultatu -5525 kJ/mol je posledica dejstva, da v molekuli benzena ni enojnih C-C vezi in dvojnih C=C vezi, ampak je 6 aromatskih C C vezi.
Odgovori. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.
Primer 3-3. Z referenčnimi podatki izračunajte reakcijsko entalpijo
3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)
rešitev. Skrajšana ionska enačba za reakcijo je:
3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).
Po Hessovem zakonu je reakcijska entalpija enaka:
r H 0 = 4f H 0 (H 2 O (l)) + 2 f H 0 (NE (g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H 0 (NO 3 - (aq))
(entalpije tvorbe bakra in H + iona so po definiciji enake 0). Če nadomestimo vrednosti entalpij tvorbe (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5. izdaja, str. C9-C15), ugotovimo:
r H 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ
(na osnovi treh molov bakra).
Odgovori. -358,4 kJ.
Primer 3-4. Izračunajte entalpijo zgorevanja metana pri 1000 K, če je podana entalpija tvorbe pri 298 K: f H 0 (CH 4) = -17,9 kcal/mol, f H 0 (CO 2 ) = -94,1 kcal/mol, f H 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kcal/mol. Toplotne kapacitete plinov (v cal/(mol. K)) v območju od 298 do 1000 K so enake:
Cp (CH4) = 3,422 + 0,0178. T, C str(O2) = 6,095 + 0,0033. T,
C p (CO 2 ) = 6,396 + 0,0102. T, C str(H2O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.
rešitev. Entalpija reakcije zgorevanja metana
CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
pri 298 K je enako:
94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kcal/mol.
Poiščimo razliko toplotnih kapacitet v odvisnosti od temperature:
C str = C str(CO2) + 2 C str(H 2 O (g)) - C str(CH 4) - 2 C str(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(kal/(mol K)).
Reakcijsko entalpijo pri 1000 K izračunamo z uporabo Kirchhoffove enačbe:
= + 
= -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 kal/mol.
Odgovori. -192,5 kcal/mol.
NALOGE
3-1. Koliko toplote je potrebno za prenos 500 g Al (tal. 658 o C, H 0 pl = 92,4 cal/g), vzeto pri sobni temperaturi v staljeno stanje, če C str(Al TV) = 0,183 + 1,096 · 10 -4 T kal/(g K)?
3-2. Standardna entalpija reakcije CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), ki poteka v odprti posodi pri temperaturi 1000 K, je 169 kJ/mol. Kakšna je toplota te reakcije, ki poteka pri isti temperaturi, vendar v zaprti posodi?
3-3. Izračunajte standardno notranjo energijo tvorbe tekočega benzena pri 298 K, če je standardna entalpija njegove tvorbe 49,0 kJ/mol.
3-4. Izračunajte entalpijo tvorbe N 2 O 5 (g) pri T= 298 K na podlagi naslednjih podatkov:
2NO(g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), H 1 0 = -114,2 kJ/mol,
4NO 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2 O 5 (g), H 2 0 = -110,2 kJ/mol,
N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.
3-5. Entalpije zgorevanja -glukoze, -fruktoze in saharoze pri 25 o C so enake -2802,
-2810 oziroma -5644 kJ/mol. Izračunajte toploto hidrolize saharoze.
3-6. Določite entalpijo tvorbe diborana B 2 H 6 (g) pri T= 298 K iz naslednjih podatkov:
B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 = -2035,6 kJ/mol,
2B(tv) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (tv), H 2 0 = -1273,5 kJ/mol,
H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 3 0 = -241,8 kJ/mol.
3-7. Izračunajte toploto tvorbe cinkovega sulfata iz enostavnih snovi pri T= 298 K na podlagi naslednjih podatkov.
Toplotni učinek kemijske reakcije ali sprememba entalpije sistema zaradi poteka kemijske reakcije je količina toplote, pripisana spremembi kemijske spremenljivke, ki jo prejme sistem, v katerem je potekala kemijska reakcija, in reakcija produkti so prevzeli temperaturo reaktantov.
Da bi bil toplotni učinek količina, ki je odvisna le od narave potekajoče kemične reakcije, morajo biti izpolnjeni naslednji pogoji:
· Reakcija mora potekati pri konstantnem volumnu Q v (izohorni proces) ali pri konstantnem tlaku Q p (izobarični proces).
· V sistemu se ne izvaja nobeno delo, razen razširitvenega dela, ki je možno pri P = const.
Če poteka reakcija pri standardnih pogojih pri T = 298,15 K = 25 ˚C in P = 1 atm = 101325 Pa, se toplotni učinek imenuje standardni toplotni učinek reakcije ali standardna entalpija reakcije ΔH r O. V termokemiji se standardna reakcijska toplota izračuna z uporabo standardnih tvorbenih entalpij.
Standardna tvorbena entalpija (standardna tvorbena toplota)
Standardna toplota tvorbe se razume kot toplotni učinek reakcije tvorbe enega mola snovi iz preprostih snovi in njenih komponent, ki so v stabilnih standardnih stanjih.
Na primer, standardna entalpija tvorbe 1 mola metana iz ogljika in vodika je enaka toplotnemu učinku reakcije:
C(tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol.
Standardna tvorbena entalpija je označena z ΔHfO. Tukaj indeks f pomeni nastanek, prečrtan krog, ki spominja na disk Plimsol, pa pomeni, da se vrednost nanaša na standardno stanje snovi. V literaturi pogosto najdemo drugo oznako za standardno entalpijo - ΔH 298,15 0, kjer 0 označuje enakost tlaka na eno atmosfero (ali, nekoliko natančneje, standardne pogoje), 298,15 pa temperaturo. Včasih se indeks 0 uporablja za količine, povezane s čisto snovjo, kar določa, da se lahko uporablja za označevanje standardnih termodinamičnih veličin le, če je za standardno stanje izbrana čista snov. Na primer, stanje snovi v izjemno razredčeni raztopini je lahko sprejeto tudi kot standard. "Plimsoll disk" v tem primeru pomeni dejansko standardno agregatno stanje, ne glede na njegovo izbiro.
Entalpija tvorbe enostavnih snovi je enaka nič, ničelna vrednost entalpije tvorbe pa se nanaša na agregatno stanje, stabilno pri T = 298 K. Na primer, za jod v kristalnem stanju ΔH I2(s) 0 = 0 kJ/mol, za tekoči jod pa ΔH I2 (g) 0 = 22 kJ/mol. Entalpije tvorbe enostavnih snovi pri standardnih pogojih so njihove glavne energijske značilnosti.
Toplotni učinek katere koli reakcije se ugotovi kot razlika med vsoto toplot nastajanja vseh produktov in vsoto toplot nastajanja vseh reaktantov v dani reakciji (posledica Hessovega zakona):
ΔH reakcija O = ΣΔH f O (produkti) - ΣΔH f O (reagenti)
Termokemijske učinke je mogoče vključiti v kemične reakcije. Kemijske enačbe, ki kažejo količino sproščene ali absorbirane toplote, se imenujejo termokemijske enačbe. Reakcije, ki jih spremlja sproščanje toplote v okolje, imajo negativen toplotni učinek in se imenujejo eksotermne. Reakcije, ki jih spremlja absorpcija toplote, imajo pozitiven toplotni učinek in se imenujejo endotermne. Toplotni učinek se običajno nanaša na en mol reagiranega izhodnega materiala, katerega stehiometrični koeficient je največji.
Odvisnost toplotnega učinka (entalpije) reakcije od temperature
Za izračun temperaturne odvisnosti reakcijske entalpije je treba poznati molske toplotne kapacitete snovi, ki sodelujejo v reakciji. Sprememba entalpije reakcije z naraščajočo temperaturo od T 1 do T 2 se izračuna po Kirchhoffovem zakonu (predpostavlja se, da v tem temperaturnem območju molarne toplotne kapacitete niso odvisne od temperature in ni faznih transformacij):
Če se v določenem temperaturnem območju pojavijo fazne transformacije, je treba pri izračunu upoštevati toplote ustreznih transformacij, pa tudi spremembo temperaturne odvisnosti toplotne kapacitete snovi, ki so bile podvržene takim transformacijam:
kjer je ΔC p (T 1 ,T f) sprememba toplotne kapacitete v temperaturnem območju od T 1 do temperature faznega prehoda; ΔC p (T f ,T 2) je sprememba toplotne kapacitete v temperaturnem območju od temperature faznega prehoda do končne temperature, T f pa je temperatura faznega prehoda.
Standardna entalpija zgorevanja je ΔH hor o, toplotni učinek reakcije zgorevanja enega mola snovi v kisiku do tvorbe oksidov v najvišjem oksidacijskem stanju. Zgorevalna toplota negorljivih snovi je enaka nič.
Standardna entalpija raztopine je ΔH raztopina, toplotni učinek procesa raztapljanja 1 mola snovi v neskončno veliki količini topila. Sestavljena je iz toplote uničenja kristalne mreže in toplote hidratacije (ali toplote solvatacije za nevodne raztopine), ki se sproščata kot posledica interakcije molekul topila z molekulami ali ioni topljenca s tvorbo spojin spremenljive sestave - hidratov (solvatov). Uničenje kristalne mreže je praviloma endotermni proces - ΔH resh > 0, hidratacija ionov pa eksotermna, ΔH hid.< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH реш и ΔH гидр энтальпия растворения может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Так растворение кристаллического гидроксида калия сопровождается выделением тепла:
ΔH raztopinaKOH o = ΔH raztopi o + ΔH hydrK +o + ΔH hydroOH −o = −59 KJ/mol
Entalpija hidratacije - ΔH hydr, se nanaša na toploto, ki se sprosti, ko 1 mol ionov preide iz vakuuma v raztopino.
Standardna entalpija nevtralizacije - ΔH nevtronska entalpija reakcije močnih kislin in baz s tvorbo 1 mola vode pri standardnih pogojih:
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O
H + + OH − = H 2 O, ΔH neutr ° = −55,9 kJ/mol
Standardna entalpija nevtralizacije za koncentrirane raztopine močnih elektrolitov je odvisna od koncentracije ionov zaradi spremembe vrednosti ΔH hidratacije ° ionov pri redčenju
Entalpija je lastnost snovi, ki označuje količino energije, ki jo je mogoče pretvoriti v toploto.
Entalpija je termodinamična lastnost snovi, ki kaže raven energije, shranjene v njeni molekularni strukturi. To pomeni, da čeprav ima snov lahko energijo, ki temelji na temperaturi in tlaku, je ni mogoče vse pretvoriti v toploto. Del notranje energije vedno ostane v snovi in ohranja njeno molekularno strukturo. Del kinetične energije snovi ni na voljo, ko se njena temperatura približa temperaturi okolju. Zato je entalpija količina energije, ki je na voljo za pretvorbo v toploto pri določeni temperaturi in tlaku. Enoti entalpije sta britanska toplotna enota ali joule za energijo in Btu/lbm ali J/kg za specifično energijo.
Količina entalpije
Količina entalpije snovi temelji na njeni dani temperaturi. Ta temperatura je vrednost, ki jo znanstveniki in inženirji izberejo kot osnovo za izračune. To je temperatura, pri kateri je entalpija snovi enaka nič J. Z drugimi besedami, snov nima razpoložljive energije, ki bi jo lahko pretvorila v toploto. Ta temperatura je različna za različne snovi. Ta temperatura vode je na primer trojna točka (0 °C), dušika -150 °C, hladilnih sredstev na osnovi metana in etana pa -40 °C.
Če je temperatura snovi višja od dane temperature ali spremeni stanje v plinasto stanje pri dani temperaturi, je entalpija izražena kot pozitivno število. Nasprotno pa je pri temperaturi pod to entalpijo snovi izraženo kot negativno število. Entalpija se uporablja v izračunih za določitev razlike v ravneh energije med dvema stanjema. To je potrebno za nastavitev opreme in ugotavljanje učinkovitosti postopka.
Entalpija je pogosto definirana kot skupna energija snovi, saj je enaka vsoti njene notranje energije (u) v danem stanju skupaj z njeno zmožnostjo opravljanja dela (pv). Toda v resnici entalpija ne označuje celotne energije snovi pri dani temperaturi nad absolutno ničlo (-273 °C). Zato je entalpija namesto skupne toplote snovi natančneje opredeljena kot skupna količina razpoložljive energije snovi, ki jo je mogoče pretvoriti v toploto.
H = U + pV
HESSOV ZAKON: toplotni učinek kemije. r-cija je odvisna samo od začetnega in končnega stanja sistema in ni odvisna od njegovih intervalov. države. G. z. je izraz zakona o ohranitvi energije za sisteme, v katerih potekajo kemijske reakcije. r-cija in posledica prvega zakona termodinamike, vendar je bil oblikovan prej kot prvi zakon. Velja za procese, ki potekajo pri konstantnem volumnu ali konstantnem tlaku; pri prvem je toplotni učinek enak spremembi notranjega energije sistema zaradi kem r-cija, za drugo - sprememba entalpije. Za izračun toplotnih učinkov okrožij, vklj. praktično nemogoče, tvorijo termokemični sistem. enačbe, ki predstavljajo enačbe okrožij, posnete skupaj s pripadajočimi toplotnimi učinki pri določeni temperaturi. V tem primeru je pomembno navesti stanje agregacije reagirajočih snovi, ker Od tega je odvisna velikost toplotnega učinka okrožja.
Termokemijski sistem Enačbo je mogoče rešiti tako, da operirate s formulami v enakih stanjih kot pri običajnih matematičnih izrazih. ur.
MINISTRSTVO ZA ŠOLSTVO RUSKE FEDERACIJE
Voroneška državna tehnična univerza
TEČAJNI PROJEKT
v disciplini “Teoretične osnove progresivne tehnologije”
Tema: "Toplotni učinek kemijske reakcije in njegova praktična uporaba."
Voronež 2004
| Uvod………………………………………………………………………………… | 3 |
| 1. Toplotni učinek kemične reakcije………………………………... | 4 |
| 1.1. Enačbe kemijskih reakcij……………………………... | 8 |
| 1.2. Osnovni zakoni termokemije………………………………. | 10 |
| 2. Uporaba toplotnega učinka v praksi…………………………. | 12 |
| 2.1 Toplotno odporni premazi………………………………. | 1 |
| 2.2. Termokemična metoda obdelave diamanta………………... | 14 |
| 2.3.Tehnogene surovine za proizvodnjo cementa……………… | 15 |
| 2.4. Biosenzorji………………………………………………………. | 16 |
| Zaključek……………………………………………………………………. | 17 |
| Seznam referenc………………………………………………………… | 18 |
Uvod
Toplotni učinki kemijskih reakcij so potrebni za številne tehnične izračune. Najdejo široko uporabo v številnih panogah, pa tudi v vojaškem razvoju.
Namen te naloge je preučiti praktično uporabo toplotnega učinka. Ogledali si bomo nekaj možnosti njegove uporabe in ugotovili, kako pomembna je uporaba toplotnih učinkov kemijskih reakcij v kontekstu razvoja sodobnih tehnologij.
1. Toplotni učinek kemijske reakcije
Vsaka snov shrani določeno količino energije. S to lastnostjo snovi se srečujemo že pri zajtrku, kosilu ali večerji, saj hrana našemu telesu omogoča izkoriščanje energije najrazličnejših kemičnih spojin, ki jih hrana vsebuje. V telesu se ta energija pretvarja v gibanje, delo in se porabi za vzdrževanje stalne (in precej visoke!) telesne temperature.
Eden najbolj znanih znanstvenikov na področju termokemije je Berthelot. Berthelot - profesor kemije na Visoki farmacevtski šoli v Parizu (1859). minister za izobraževanje in zunanje zadeve.
Od leta 1865 se je Berthelot aktivno ukvarjal s termokemijo in izvedel obsežne kalorimetrične raziskave, ki so pripeljale zlasti do izuma "kalorimetrične bombe" (1881); lastnik je konceptov "eksotermnih" in "endotermnih" reakcij. Berthelot je dobil obsežne podatke o toplotnih učinkih ogromnega števila reakcij, o toploti razgradnje in nastajanja številnih snovi.
Berthelot je preučeval učinek eksplozivov: temperaturo eksplozije, hitrost gorenja in širjenje udarnega vala itd.
Energija kemičnih spojin je koncentrirana predvsem v kemičnih vezeh. Za prekinitev vezi med dvema atomoma je potrebna energija. Ko nastane kemična vez, se sprosti energija.
Vsaka kemična reakcija je sestavljena iz prekinitve nekaterih kemičnih vezi in tvorjenja drugih.
Ko se zaradi kemijske reakcije med nastajanjem novih vezi sprosti več energije, kot je bilo potrebno za uničenje »starih« vezi v izhodnih snoveh, se presežek energije sprosti v obliki toplote. Primer so reakcije zgorevanja. Na primer, zemeljski plin (metan CH 4) gori v kisiku v zraku, pri čemer se sprosti velika količina toplote (slika 1a). Takšne reakcije so eksotermne.
Reakcije, ki nastanejo s sproščanjem toplote, imajo pozitiven toplotni učinek (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
V drugih primerih je za uničenje vezi v prvotnih snoveh potrebno več energije, kot se je lahko sprosti pri nastajanju novih vezi. Takšne reakcije nastanejo le, če se energija dovaja od zunaj in se imenujejo endotermne.
Reakcije, ki nastanejo pri absorpciji toplote iz okolja (Q<0, DH>0), tj. z negativnim toplotnim učinkom, so endotermne.
Primer je tvorba ogljikovega monoksida (II) CO in vodika H2 iz premoga in vode, ki nastane le pri segrevanju (slika 1b).
riž. 1a
riž. 1b
riž. 1a,b. Prikaz kemijskih reakcij z uporabo molekulskih modelov: a) eksotermna reakcija, b) endotermna reakcija. Modeli jasno prikazujejo, kako se s stalnim številom atomov med njimi uničujejo stare kemične vezi in nastajajo nove kemične vezi.
Tako vsako kemično reakcijo spremlja sproščanje ali absorpcija energije. Najpogosteje se energija sprošča ali absorbira v obliki toplote (redkeje v obliki svetlobe ali mehanske energije). To toploto je mogoče izmeriti. Merilni rezultat je izražen v kilojoulih (kJ) za en mol reaktanta ali (redkeje) za en mol reakcijskega produkta. Ta količina se imenuje toplotni učinek reakcije.
- Toplotni učinek je količina toplote, ki jo sprosti ali absorbira kemični sistem, ko v njem poteka kemična reakcija.
Toplotni učinek je označen s simboloma Q ali DH (Q = -DH). Njegova vrednost ustreza razliki med energijami začetnega in končnega stanja reakcije:
DH = H konec - H ref.
= E con. - E ref.
Ikone (d), (g) označujejo plinasto in tekoče stanje snovi. Obstajajo tudi oznake (tv) ali (k) - trdna, kristalna snov, (aq) - snov, raztopljena v vodi itd.
Oznaka agregatnega stanja snovi je pomembna. Na primer, pri reakciji zgorevanja vodika voda na začetku nastane v obliki pare (plinasto stanje), pri kondenzaciji katere se lahko sprosti nekaj več energije. Posledično bo za tvorbo vode v obliki tekočine izmerjeni toplotni učinek reakcije nekoliko večji kot za tvorbo samo pare, saj se bo pri kondenzaciji pare sprostil še en del toplote.
Uporablja se tudi poseben primer toplotnega učinka reakcije - toplota zgorevanja. Iz samega imena je jasno, da toplota zgorevanja služi za karakterizacijo snovi, ki se uporablja kot gorivo. Toplota zgorevanja se nanaša na 1 mol snovi, ki je gorivo (reducent v oksidacijski reakciji), na primer:
Energijo (E), shranjeno v molekulah, lahko narišemo na energijski lestvici. V tem primeru lahko toplotni učinek reakcije (D E) prikažemo grafično (slika 2). Slika 2. Grafični prikaz toplotnega učinka (Q = D E): A ) eksotermna reakcija zgorevanja vodika; b
) endotermna reakcija razgradnje vode pod vplivom električnega toka. Koordinato reakcije (vodoravna os grafa) lahko na primer obravnavamo kot stopnjo pretvorbe snovi (100% - popolna pretvorba izhodnih snovi).
· Enačbe kemijskih reakcij, v katerih je poleg reagentov in produktov zapisan tudi toplotni učinek reakcije, imenujemo termokemijske enačbe.
Posebnost termokemičnih enačb je, da lahko pri delu z njimi prenašate formule snovi in obseg toplotnih učinkov iz enega dela enačbe v drugega. Tega praviloma ni mogoče narediti z navadnimi enačbami kemijskih reakcij.
Dovoljeno je tudi seštevanje in odštevanje termokemijskih enačb po členih. To je morda potrebno za določitev toplotnih učinkov reakcij, ki jih je težko ali nemogoče eksperimentalno izmeriti.
Dajmo primer. V laboratoriju je izjemno težko izvesti reakcijo "čiste oblike" proizvodnje metana CH4 z neposredno kombinacijo ogljika z vodikom:
C + 2 H 2 = CH 4
Toda z izračuni se lahko veliko naučite o tej reakciji. Na primer, ugotovite, ali bo ta reakcija ekso - ali endotermičen in celo kvantificirati obseg toplotnega učinka.
Toplotni učinki reakcij zgorevanja metana, ogljika in vodika so znani (te reakcije potekajo zlahka):
a) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) + 890 kJ
b) C(tv) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ
c) 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ
Od enačbe (a) odštejmo zadnji dve enačbi (b) in (c). Od leve bomo odšteli leve strani enačb, od desne pa desne. V tem primeru se bodo vse molekule O 2, CO 2 in H 2 O skrčile. Dobimo:
CH 4 (g) - C (tv) - 2 H 2 (g) = (890 - 394 - 572) kJ = -76 kJ
Ta enačba je videti nekoliko nenavadna. Pomnožimo obe strani enačbe z (-1) in premaknimo CH 4 na desno stran z nasprotnim predznakom. Dobimo enačbo, ki jo potrebujemo za nastanek metana iz premoga in vodika:
C(tv) + 2 H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol
Naši izračuni so torej pokazali, da je toplotni učinek tvorbe metana iz ogljika in vodika 76 kJ (na mol metana), ta proces pa mora biti eksotermičen (pri tej reakciji se bo sprostila energija).
Pomembno je biti pozoren na dejstvo, da so člen za členom seštevanje, odštevanje in zmanjševanje v termokemičnih enačbah lahko samo snovi, ki so v enakih agregatnih stanjih, sicer se zmotimo pri določanju toplotnega učinka na vrednost toplota prehoda iz enega agregatnega stanja v drugo.
1.2. Osnovni zakoni termokemije
· Veja kemije, ki preučuje pretvorbo energije pri kemijskih reakcijah, se imenuje termokemija.
Obstajata dva najpomembnejša zakona termokemije. Prvi od njih, Lavoisier-Laplaceov zakon, je formuliran na naslednji način:
· Toplotni učinek reakcije naprej je vedno enak toplotnemu učinku povratne reakcije z nasprotnim predznakom.
To pomeni, da se pri nastajanju katerekoli spojine sprosti (absorbira) enaka količina energije, kot se absorbira (sprošča) pri njenem razkroju na prvotne snovi. Na primer:
2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) + 572 kJ (zgorevanje vodika v kisiku)
2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2 H 2 (g) + O 2 (g) (razgradnja vode z električnim tokom)
Lavoisier–Laplaceov zakon je posledica zakona o ohranitvi energije.
Drugi zakon termokemije je leta 1840 oblikoval ruski akademik G. I. Hess:
· Toplotni učinek reakcije je odvisen le od začetnega in končnega stanja snovi in ni odvisen od vmesnih stopenj procesa.
To pomeni, da bo skupni toplotni učinek niza zaporednih reakcij enak kot pri vseh drugih nizih reakcij, če sta začetna in končna snov enaki na začetku in na koncu teh nizov. Ta dva osnovna zakona termokemije dajeta termokemijskim enačbam nekaj podobnosti z matematičnimi, ko je v reakcijskih enačbah možno prenesti člene iz enega dela v drugega, seštevati, odštevati in zmanjševati formule kemičnih spojin člen za členom. V tem primeru je treba upoštevati koeficiente v reakcijskih enačbah in ne pozabiti, da morajo biti snovi, ki jih dodajamo, odvzemamo ali reduciramo po molih, v enakem agregatnem stanju.
2. Uporaba toplotnega učinka v praksi
Toplotni učinki kemijskih reakcij so potrebni za številne tehnične izračune. Na primer, pomislite na močno rusko raketo Energia, ki lahko v orbito izstreli vesoljska plovila in druge tovore. Motorji ene od njegovih stopenj delujejo na utekočinjena plina - vodik in kisik.
Recimo, da poznamo delo (v kJ), ki ga bo treba porabiti za dostavo rakete s tovorom s površja Zemlje v orbito, poznamo tudi delo za premagovanje zračnega upora in druge stroške energije med letom. Kako izračunati potrebno zalogo vodika in kisika, ki se (v utekočinjenem stanju) v tej raketi uporabljata kot gorivo in oksidant?
Brez pomoči toplotnega učinka reakcije nastajanja vode iz vodika in kisika je to težko narediti. Navsezadnje je toplotni učinek tista energija, ki bi morala raketo spraviti v orbito. V zgorevalnih komorah rakete se ta toplota pretvori v kinetično energijo molekul vročega plina (pare), ki uhaja iz šob in ustvarja reaktivni potisk.
V kemični industriji so toplotni učinki potrebni za izračun količine toplote za ogrevanje reaktorjev, v katerih potekajo endotermne reakcije. V energetskem sektorju se proizvodnja toplotne energije izračuna na podlagi toplote zgorevanja goriva.
Dietetiki uporabljajo toplotne učinke oksidacije hrane v telesu za ustvarjanje pravilne prehrane ne samo za bolnike, ampak tudi za zdrave ljudi - športnike, delavce v različnih poklicih. Tradicionalno tukaj izračuni ne uporabljajo džulov, temveč druge energijske enote - kalorije (1 cal = 4,1868 J). Energijska vsebnost živila se nanaša na poljubno maso živila: 1 g, 100 g ali celo standardno embalažo izdelka. Na primer, na etiketi kozarca kondenziranega mleka lahko preberete naslednji napis: "vsebnost kalorij 320 kcal / 100 g."
Toplotni učinek se izračuna pri proizvodnji monometilanilina, ki spada v razred substituiranih aromatskih aminov. Glavno področje uporabe monometilanilina je kot dodatek proti detonaciji za bencin. Pri proizvodnji barvil je možno uporabiti monometilanilin. Komercialni monometilanilin (N-metilanilin) izoliramo iz katalizata s periodično ali kontinuirano rektifikacijo. Toplotni učinek reakcije ∆Н= -14±5 kJ/mol.
2.1 Toplotno odporni premazi
Razvoj visokotemperaturne tehnologije zahteva ustvarjanje posebej toplotno odpornih materialov. To težavo je mogoče rešiti z uporabo ognjevarnih in toplotno odpornih kovin. Intermetalni premazi pritegnejo vse več pozornosti, ker imajo številne dragocene lastnosti: odpornost proti oksidaciji, agresivne taline, odpornost na vročino itd. Zanimiva je tudi pomembna eksotermnost tvorbe teh spojin iz njihovih sestavnih elementov. Obstajata dva možna načina uporabe eksotermnosti reakcije tvorbe intermetalnih spojin. Prva je proizvodnja kompozitnih, dvoslojnih praškov. Pri segrevanju komponente prahu medsebojno delujejo, toplota eksotermne reakcije pa kompenzira ohlajanje delcev, tako da doseže zaščiteno površino v popolnoma staljenem stanju in tvori nizkoporozen premaz, ki je trdno pritrjen na podlago. Druga možnost bi bila nanos mehanske mešanice praškov. Ko so delci dovolj segreti, medsebojno delujejo že v sloju premaza. Če je obseg toplotnega učinka pomemben, potem lahko to privede do samotaljenja prevlečne plasti, tvorbe vmesne difuzijske plasti, ki poveča adhezijsko trdnost, in pridobitve goste, nizko porozne strukture prevleke. Pri izbiri sestave, ki tvori intermetalni premaz z velikim toplotnim učinkom in ima številne dragocene lastnosti - korozijsko odpornost, zadostno toplotno odpornost in odpornost proti obrabi, pozornost pritegnejo nikljevi aluminidi, zlasti NiAl in Ni 3 Al. Tvorbo NiAl spremlja največji toplotni učinek.
2.2.Termokemijska metoda obdelave diamanta
"Termokemična" metoda je dobila ime zaradi dejstva, da se pojavlja pri povišanih temperaturah in temelji na uporabi kemičnih lastnosti diamanta. Metoda poteka na naslednji način: diamant pride v stik s kovino, ki je sposobna raztapljati ogljik, in da proces raztapljanja oziroma obdelave poteka neprekinjeno, poteka v plinski atmosferi, ki medsebojno deluje z ogljikom, raztopljenim v kovina, vendar ne reagira neposredno z diamantom. Med postopkom obseg toplotnega učinka prevzame visoko vrednost.
Za določitev optimalnih pogojev za termokemijsko obdelavo diamanta in prepoznavanje zmožnosti metode je bilo potrebno proučiti mehanizme določenih kemijskih procesov, ki pa, kot je pokazala analiza literature, sploh niso bili raziskani. Specifičnejšo študijo termokemične obdelave diamanta je oviralo predvsem nezadostno poznavanje lastnosti samega diamanta. Bali so se, da bi ga pokvarila vročina. Raziskave o termični stabilnosti diamanta so bile izvedene šele v zadnjih desetletjih. Ugotovljeno je bilo, da se lahko diamanti, ki ne vsebujejo vključkov, brez škode segrejejo na 1850 "C" v nevtralni atmosferi ali v vakuumu in samo višje.
Diamant je najboljši material za rezilo zaradi svoje edinstvene trdote, elastičnosti in majhnega trenja ob biološko tkivo. Delovanje z diamantnimi noži olajša operacije in skrajša čas celjenja vreznin za 2-3 krat. Po mnenju mikrokirurgov MNTK za mikrokirurgijo oči noži, nabrušeni s termokemično metodo, niso le slabši, ampak tudi boljši od najboljših tujih vzorcev. S termokemično nabrušenimi noži je bilo izvedenih že na tisoče operacij. Diamantni noži različnih konfiguracij in velikosti se lahko uporabljajo na drugih področjih medicine in biologije. Tako se mikrotomi uporabljajo za izdelavo preparatov v elektronski mikroskopiji. Visoka ločljivost elektronskega mikroskopa postavlja posebne zahteve glede debeline in kakovosti prereza preparatov. Diamantni mikrotomi, nabrušeni s termokemijsko metodo, omogočajo izdelavo rezov zahtevane kakovosti.
2.3. Tehnogene surovine za proizvodnjo cementa
Nadaljnja intenzifikacija proizvodnje cementa vključuje široko uvedbo tehnologij za varčevanje z energijo in viri z uporabo odpadkov iz različnih industrij.
Pri predelavi skarno-magnetitnih rud se sprošča jalovina suhe magnetne separacije (DMS), ki je drobljen kamen z velikostjo zrn do 25 mm. Jalovina SMS ima dokaj stabilno kemično sestavo, mas.%: SiO 2 40 ... 45, Al 2 O 3 10 ... 12, Fe 2 O 3 15 ... 17, CaO 12 ... 13, MgO 5 ...6, S 2...3, R 2 O 2...4. Dokazana je možnost uporabe jalovine SMS pri proizvodnji portlandskega cementnega klinkerja. Za dobljene cemente so značilne visoke trdnostne lastnosti.
Toplotni učinek tvorbe klinkerja (TEC) je definiran kot algebraična vsota toplot endotermnih procesov (dekarbonizacija apnenca, dehidracija glinenih mineralov, tvorba tekoče faze) in eksotermnih reakcij (oksidacija pirita, ki ga vnese jalovina CMS, tvorba faz klinkerja).
Glavne prednosti uporabe odpadkov iz obogatitve skarn-magnetitne rude v proizvodnji cementa so:
Širitev baze surovin zaradi umetnih virov;
Varčevanje z naravnimi surovinami ob ohranjanju kakovosti cementa;
Zmanjšanje stroškov goriva in energije za žganje klinkerja;
Možnost proizvodnje nizkoenergijsko aktivnih nizkobazičnih klinkerjev;
Reševanje okoljskih problemov z racionalnim odlaganjem odpadkov in zmanjšanjem emisij plinov v ozračje pri žganju klinkerja.
2.4. Biosenzorji
Biosenzorji so senzorji, ki temeljijo na imobiliziranih encimih. Omogoča hitro in učinkovito analizo kompleksnih večkomponentnih mešanic snovi. Trenutno se vse bolj uporabljajo v številnih panogah znanosti, industrije, kmetijstva in zdravstva. Osnova za ustvarjanje avtomatskih encimskih analiznih sistemov so bili najnovejši dosežki na področju encimologije in inženirske encimologije. Edinstvene lastnosti encimov - specifičnost delovanja in visoka katalitična aktivnost - prispevajo k enostavnosti in visoki občutljivosti te analizne metode, veliko število do danes znanih in raziskanih encimov pa omogoča stalno širitev seznama analiziranih snovi.
Encimski mikrokalorimetrični senzorji - uporabljajo toplotni učinek encimske reakcije. Sestavljen je iz dveh kolon (merilne in kontrolne), napolnjenih z nosilcem z imobiliziranim encimom in opremljenih s termistorji. Pri prehodu analiziranega vzorca skozi merilno kolono pride do kemijske reakcije, ki jo spremlja zabeležen toplotni učinek. Ta tip senzorja je zanimiv zaradi svoje vsestranskosti.
Zaključek.
Torej, po analizi praktične uporabe toplotnega učinka kemijskih reakcij lahko zaključimo: toplotni učinek je tesno povezan z našim vsakdanjim življenjem, nenehno se preučuje in najde nove aplikacije v praksi.
Z razvojem sodobnih tehnologij je toplotni učinek našel svojo uporabo v različnih panogah. Kemična, vojaška, gradbena, prehrambena, rudarska in številne druge industrije uporabljajo toplotni učinek pri svojem razvoju. Uporablja se v motorjih z notranjim zgorevanjem, hladilnih enotah in raznih zgorevalnih napravah, pa tudi pri proizvodnji kirurških instrumentov, toplotno odpornih premazov, novih vrst gradbenih materialov ipd.
V sodobnih razmerah nenehno razvijajoče se znanosti se pojavlja vse več novih dosežkov in odkritij na področju proizvodnje. To pomeni vedno več novih področij uporabe toplotnega učinka kemijskih reakcij.
Reference
1. Musabekov Yu. S., Marcelin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.
2. Patent 852586 Ruska federacija. MKI V 28 D 5/00. Metoda dimenzijske obdelave diamanta / A.P.Grigoriev, S.H.Lifshits, P.P.Shamaev (Ruska federacija). - 2 s.
3. Klassen V.K. . Materialna bilanca toplotnih enot. – Belgorod: BTISM, 1978. –114 str.
4. Peregudov V.V., Rogovoy M.I. Toplotni procesi in naprave v tehnologiji gradbenih izdelkov in delov - M.: Stroyizdat, 1983.-416 str.
5. E-pošta: [e-pošta zaščitena]
6. "Biotehnologije" (http://www.ictc.ru/R_42.htm).
7. S.D. Varfolomeev, Yu.M. Evdokimov, M.A. Ostrovski. "BILTEN RUSKE AKADEMIJE ZNANOSTI".
Čeprav se večina ljudi seznani z izrazom "toplotni učinek kemijske reakcije" pri pouku kemije, se vseeno uporablja širše. Težko si je predstavljati katero koli področje dejavnosti, kjer ta pojav ne bi bil uporabljen.
Navedimo primer le nekaterih izmed njih, kjer je potrebno poznavanje toplotnega učinka reakcije. Trenutno se avtomobilska industrija razvija s fantastično hitrostjo: število avtomobilov se vsako leto večkrat poveča. Hkrati je glavni vir energije za njih bencin (alternativni razvoj je za zdaj vključen le v nekaj prototipih). Za prilagoditev sile sežiganja goriva se uporabljajo posebni dodatki za zmanjšanje intenzivnosti detonacije. Osupljiv primer je monometilanilin. Ko ga dobimo, izračunamo toplotni učinek reakcije, ki je v tem primeru -11-19 kJ/mol.
Drugo področje uporabe je živilska industrija. Brez dvoma je vsaka oseba pozorna na vsebnost kalorij v določenem izdelku. V tem primeru sta vsebnost kalorij in toplotni učinek reakcije neposredno povezana, saj se med oksidacijo hrane sprošča toplota. S prilagoditvijo prehrane na podlagi teh podatkov lahko dosežete znatno zmanjšanje telesne teže. Kljub temu, da se toplotni učinek reakcije meri v joulih, obstaja neposredna povezava med njimi in kalorijami: 4 J = 1 kcal. Pri prehrambenih izdelkih je običajno navedena izračunana količina (teža).
Zdaj pa se obrnemo na teorijo in podamo definicijo. Toplotni učinek torej kaže, kaj sprošča ali absorbira sistem, ko teče skozenj. Upoštevati je treba, da lahko poleg toplote nastane tudi sevanje. Toplotni učinek kemijske reakcije je številčno enak razliki med energijskimi nivoji sistema: začetnim in preostalim. Če se med reakcijskim procesom toplota absorbira iz okolice, govorimo o endotermnem procesu. Skladno s tem je sproščanje toplotne energije značilno za eksotermni proces. Razlikovati jih je precej preprosto: če je vrednost skupne energije, ki se sprosti kot posledica reakcije, večja od tiste, ki je bila porabljena za njen začetek (na primer toplotna energija gorenja goriva), potem je to eksotermija. Toda za razgradnjo vode in premoga v vodik je potrebna dodatna energija za ogrevanje, zato pride do njegove absorpcije (endotermija).
Toplotni učinek reakcije lahko izračunamo z znanimi formulami. V izračunih je toplotni učinek označen s črko Q (ali DH). Razlika je v vrsti procesa (endo ali ekso), torej Q = - DH. Termokemijske enačbe zahtevajo navedbo toplotnega učinka in reagentov (pravilen je tudi obratni izračun). Posebnost takih enačb je možnost prenosa velikosti toplotnih učinkov in samih snovi na različne dele. Možno je izvajati odštevanje ali dodajanje samih formul po členih, vendar ob upoštevanju
Navedimo primer reakcij ogljika in vodika:
1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 890 kJ
2) C + O2 = CO2 + 394 kJ
3) 2H2 + O2 = 2H2O + 572 kJ
Zdaj odštejte 2 in 3 od 1 (desni deli od desnih delov, levi deli od levih delov).
Kot rezultat dobimo:
CH4 - C - 2 H4 = 890 - 394 - 572 = - 76 kJ.
Če vse dele pomnožimo z - 1 (odstranimo negativno vrednost), dobimo:
C + 2H2 = CH4 + 76 kJ/mol.
Kako si lahko razlagate rezultat? Toplotni učinek med tvorbo metana iz vodika in ogljika bo 76 J za vsak mol proizvedenega plina. Iz formul izhaja tudi, da se bo sprostil, torej govorimo o eksotermnem procesu. Takšni izračuni se izognejo potrebi po neposrednih laboratorijskih poskusih, ki so pogosto težavni.
Ali sprememba entalpije sistema zaradi pojava kemijske reakcije - količina toplote, pripisana spremembi kemijske spremenljivke, ki jo prejme sistem, v katerem je potekala kemijska reakcija in so reakcijski produkti prevzeli temperaturo reaktanti.
Da bi bil toplotni učinek količina, ki je odvisna le od narave potekajoče kemične reakcije, morajo biti izpolnjeni naslednji pogoji:
- Reakcija mora potekati pri konstantnem volumnu Q v (izohorni proces), ali pri konstantnem tlaku Q p (izobarični proces).
- V sistemu se ne izvaja nobeno delo, razen razširitvenega dela, ki je možno pri P = const.
Če poteka reakcija pri standardnih pogojih pri T = 298,15 K = 25 ˚C in P = 1 atm = 101325 Pa, se toplotni učinek imenuje standardni toplotni učinek reakcije ali standardna reakcijska entalpija Δ H rO. V termokemiji se standardna reakcijska toplota izračuna z uporabo standardnih tvorbenih entalpij.
Standardna tvorbena entalpija (standardna tvorbena toplota)
Standardna toplota tvorbe se razume kot toplotni učinek reakcije tvorbe enega mola snovi iz preprostih snovi in njenih komponent, ki so v stabilnih standardnih stanjih.
Na primer, standardna entalpija tvorbe 1 mola metana iz ogljika in vodika je enaka toplotnemu učinku reakcije:
C(tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol.
Standardna tvorbena entalpija je označena z Δ H fO. Tukaj indeks f pomeni nastanek, prečrtan krog, ki spominja na disk Plimsol, pa pomeni, da se vrednost nanaša na standardno stanje snovi. V literaturi pogosto najdemo drugo oznako za standardno entalpijo - ΔH 298,15 0, kjer 0 označuje tlak enak eni atmosferi (ali nekoliko natančneje standardne pogoje), 298,15 pa temperaturo. Včasih se indeks 0 uporablja za količine, povezane z čista snov, ki določa, da je z njim mogoče označiti standardne termodinamične količine le, če je za standardno stanje izbrana čista snov. Na primer, stanje snovi v izjemno razredčeni raztopini je lahko sprejeto tudi kot standard. "Plimsoll disk" v tem primeru pomeni dejansko standardno agregatno stanje, ne glede na njegovo izbiro.
Entalpija tvorbe enostavnih snovi je enaka nič, ničelna vrednost entalpije tvorbe pa se nanaša na agregatno stanje, stabilno pri T = 298 K. Na primer, za jod v kristalnem stanju Δ H I 2 (tv) 0 = 0 kJ/mol, za tekoči jod pa Δ H I 2 (g) 0 = 22 kJ/mol. Entalpije tvorbe enostavnih snovi pri standardnih pogojih so njihove glavne energijske značilnosti.
Toplotni učinek katere koli reakcije se ugotovi kot razlika med vsoto toplot nastajanja vseh produktov in vsoto toplot nastajanja vseh reaktantov v dani reakciji (posledica Hessovega zakona):
Δ H reakcija O = ΣΔ H f O (izdelki) - ΣΔ H f O (reagenti)Termokemijske učinke je mogoče vključiti v kemične reakcije. Kemijske enačbe, ki kažejo količino sproščene ali absorbirane toplote, se imenujejo termokemijske enačbe. Reakcije, ki jih spremlja sproščanje toplote v okolje, imajo negativen toplotni učinek in se imenujejo eksotermne. Reakcije, ki jih spremlja absorpcija toplote, imajo pozitiven toplotni učinek in se imenujejo endotermne. Toplotni učinek se običajno nanaša na en mol reagiranega izhodnega materiala, katerega stehiometrični koeficient je največji.
Odvisnost toplotnega učinka (entalpije) reakcije od temperature
Za izračun temperaturne odvisnosti reakcijske entalpije je treba poznati molske toplotne kapacitete snovi, ki sodelujejo v reakciji. Sprememba entalpije reakcije z naraščajočo temperaturo od T 1 do T 2 se izračuna po Kirchhoffovem zakonu (predpostavlja se, da v tem temperaturnem območju molarne toplotne kapacitete niso odvisne od temperature in ni faznih transformacij):
Če se v določenem temperaturnem območju pojavijo fazne transformacije, je treba pri izračunu upoštevati toplote ustreznih transformacij, pa tudi spremembo temperaturne odvisnosti toplotne kapacitete snovi, ki so bile podvržene takim transformacijam:
kjer je ΔC p (T 1 ,T f) sprememba toplotne kapacitete v temperaturnem območju od T 1 do temperature faznega prehoda; ΔC p (T f ,T 2) je sprememba toplotne kapacitete v temperaturnem območju od temperature faznega prehoda do končne temperature, T f pa je temperatura faznega prehoda.
Standardna entalpija zgorevanja - Δ H hor o, toplotni učinek reakcije zgorevanja enega mola snovi v kisiku do tvorbe oksidov v najvišjem oksidacijskem stanju. Zgorevalna toplota negorljivih snovi je enaka nič.
Standardna entalpija raztopine - Δ H raztopina, toplotni učinek procesa raztapljanja 1 mola snovi v neskončno veliki količini topila. Sestavljena je iz toplote uničenja kristalne mreže in toplote hidratacije (ali toplote solvatacije za nevodne raztopine), ki se sproščata kot posledica interakcije molekul topila z molekulami ali ioni topljenca s tvorbo spojin spremenljive sestave - hidratov (solvatov). Uničenje kristalne mreže je običajno endotermni proces - Δ H resh > 0 in ionska hidratacija je eksotermna, Δ H hid< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH resh in Δ H hidravlična entalpija raztapljanja ima lahko pozitivne in negativne vrednosti. Tako raztapljanje kristalnega kalijevega hidroksida spremlja sproščanje toplote:
Δ H raztopi KOH o = Δ H odloči + Δ H hydrK + o + Δ H hidroOH − o = −59 KJ/molPod entalpijo hidracije - Δ H hydr, se nanaša na toploto, ki se sprosti, ko 1 mol ionov preide iz vakuuma v raztopino.
Standardna entalpija nevtralizacije - Δ H nevtro entalpija reakcije močnih kislin in baz, da nastane 1 mol vode pri standardnih pogojih:
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O H + + OH − = H 2 O, ΔH neutr ° = −55,9 kJ/mol
Standardna nevtralizacijska entalpija za koncentrirane raztopine močnih elektrolitov je odvisna od koncentracije ionov zaradi spremembe vrednosti ΔH hidratacije ° ionov pri redčenju.
Opombe
Literatura
- Knorre D. G., Krylova L. F., Muzykantov V. S. Fizikalna kemija. - M.: Višja šola, 1990
- Atkins P. Fizikalna kemija. - Moskva. : Svet, 1980
Fundacija Wikimedia.
- 2010.
- Nenjukov, Dmitrij Vsevolodovič
Čarovniška ura
Oglejte si, kaj je "toplotni učinek kemijske reakcije" v drugih slovarjih: toplotni učinek kemične reakcije - Toplota, absorbirana (sproščena) kot posledica kemijske pretvorbe izhodnih snovi v reakcijske produkte v količinah, ki ustrezajo enačbi kemijske reakcije pod naslednjimi pogoji: 1) edino možno delo v tem primeru je ... ...
Priročnik za tehnične prevajalce Toplotni učinek kemične reakcije - – toplota, absorbirana (sproščena) kot posledica kemijske pretvorbe izhodnih snovi v reakcijske produkte v količinah, ki ustrezajo enačbi kemijske reakcije pod naslednjimi pogoji: ... ...
Oglejte si, kaj je "toplotni učinek kemijske reakcije" v drugih slovarjih: Enciklopedija izrazov, definicij in razlag gradbenih materialov
- toplotni učinek kemijske reakcije; toplotni učinek Vsota toplote, ki jo absorbira sistem, in vseh vrst dela, opravljenega na njem, razen dela zunanjega tlaka, vse količine pa so povezane z isto temperaturo začetne in končne... ... toplotni učinek - kemična reakcija; toplotni učinek Vsota toplote, ki jo absorbira sistem in vseh vrst dela, opravljenega na njem, razen dela zunanjega tlaka, vse količine pa so povezane z isto temperaturo začetnega in končnega stanja sistema...
Politehnični terminološki razlagalni slovar TOPLOTNI UČINEK REAKCIJE - količino toplote, ki jo sprosti ali absorbira sistem med kemijsko reakcijo. Toplotni učinek dela je enak spremembi notranje energije sistema pri stalni prostornini ali spremembi njegove entalpije pri konstantnem tlaku in odsotnosti zunanjega dela...
Veliki enciklopedični slovar toplotni učinek reakcije - količino toplote, ki jo sprosti ali absorbira sistem med kemijsko reakcijo. Toplotni učinek reakcije je enak spremembi notranje energije sistema pri stalni prostornini ali spremembi njegove entalpije pri konstantnem tlaku in brez dela... ...
Veliki enciklopedični slovar Enciklopedični slovar Enciklopedični slovar metalurgije
Toplotni učinek reakcije- algebraična vsota toplote, absorbirane med dano kemijsko reakcijo (glej Kemijske reakcije), in popolno zunanje delo minus delo proti zunanjemu tlaku. Če se med reakcijo sprosti toplota ali sistem opravi delo ... Velika sovjetska enciklopedija
izobarični toplotni učinek- Toplotni učinek kemične reakcije, ki poteka pri konstantnem tlaku ... - kemična reakcija; toplotni učinek Vsota toplote, ki jo absorbira sistem in vseh vrst dela, opravljenega na njem, razen dela zunanjega tlaka, vse količine pa so povezane z isto temperaturo začetnega in končnega stanja sistema...
izohorični toplotni učinek- Toplotni učinek kemične reakcije, ki poteka pri konstantni prostornini ... - kemična reakcija; toplotni učinek Vsota toplote, ki jo absorbira sistem in vseh vrst dela, opravljenega na njem, razen dela zunanjega tlaka, vse količine pa so povezane z isto temperaturo začetnega in končnega stanja sistema...