Пространства от имена
Действия на страницата
Термохимия (от гр. термос, топлина и химия). Състои се от изследване на трансформациите, които топлинната енергия претърпява в химични реакции, възникващи като приложение на термодинамиката към химията. Често можем да помислим, че химическите реакции протичат при постоянно налягане (отворена атмосфера, т.е. P = 1 атм) или при постоянен обем (този на съда, където се извършват). Топлинният обмен в процеса е еквивалентен на енталпийната промяна на реакцията. qp = ΔrH. Топлообменът при тези условия е еквивалентен на промяната във вътрешната енергия на реакцията. qv = ΔrU
Обобщение
- 1 Термохимия
- 2 Променливи на състоянието
- 3 Топлина на образуване)
- 4 Видове реакции според Енталпия
- 4.1 Ендотермични реакции
- 4.2 Екзотермични реакции
- 5 Функции за състоянието
- 6 Стандартни промени в енталпията на реакцията
- 6.1 Енталпии на образуването на съединения
- 7 Източник
- 8 Външни връзки
Термохимия
Термохимията изучава енергийните промени, които настъпват по време на химични реакции. Топлината, която се предава по време на химична реакция, зависи от изминатия път, тъй като топлината не е функция на състоянието. Химичните реакции обаче обикновено се провеждат при P = cte или при V = cte, което улеснява тяхното изследване. Най-честата ситуация е тази на химичните реакции, проведени при P = cte, и при тях предаваната топлина е изменението в енталпията, което придружава реакцията и се нарича "реакционна енталпия". Енталпията е функция на състоянието, поради което нейното изменение не зависи от траекторията.
Реакциите, при които промяната на енталпията е положителна (топлина, погълната в реакцията), се наричат ендотермични реакции, докато тези, чиято промяна в енталпията е отрицателна (топлина, отделена от системата по време на реакцията), се наричат екзотермични реакции.
Ако ендотермичната реакция се провежда в система с адиабатни стени, като последица от реакцията има намаляване на температурата на системата. Ако реакцията е екзотермична и протича в съд с адиабатни стени, крайната температура на системата се увеличава.
Ако стените на системата са диатермични, температурата на системата остава постоянна, независимо от преноса на енергия, който се осъществява поради промяната в състава.
Променливи на състоянието
Те са количества, които могат да варират в процеса (например в хода на химична реакция)
- Налягане.
- Температура.
- Сила на звука.
- Концентрация.
Топлина на образуване)
Увеличението на енталпията (DH) се получава при реакцията на образуване на мол на определено съединение от елементите в нормално физическо състояние (при стандартни условия).
Изразява се като DHf0. Това е "моларна топлина", т.е. коефициент между DH0 и броя на образуваните молове продукт. Следователно тя се измерва в kJ/mol.
Топлината на реакцията, Qr, се дефинира като енергията, погълната от системата, когато продуктите от реакцията се доведат до същата температура като реагентите. За пълна дефиниция на термодинамичните състояния на продуктите и реагентите също е необходимо да се определи налягането. Ако се вземе едно и също налягане и за двете, топлината на реакцията е равна на енталпийната промяна на системата, DH r. В този случай можем да напишем: Qr = DHr
Топлините на реакцията се изчисляват от топлините на образуване. Топлината на реакцията: това е промяната на енергията, която се получава от разкъсването или образуването на химическа връзка. Топлината на реакцията обикновено се изразява в калории или килокалории (Kcal). В момента джаулът (J) също се използва като мярка за енергия, когато се говори за химични промени.
Топлината на реакцията може да получи различни имена в зависимост от вида на промяната, която настъпва в реакцията. След това може да се нарече като: топлина на образуване, топлина на изгаряне, топлина на неутрализация и т.н.
Тази част от химията е обект на изследване на термохимията, която можем да определим като клон, който изучава промените в топлинната енергия, съпътстващи химичните реакции. Когато се определя топлината на реакцията, количеството топлина, отделено или погълнато в реакцията при същата температура като реагентите, е известно. Ако в химичната реакция се получи абсорбция на енергия, тя се нарича ендотермична, а ако има, в противен случай освобождаването на енергия се нарича екзотермично.
За да работите по този въпрос, трябва да се справите с концепцията за Енталпия, символизирана в химията с буквата Н, трябва да знаете, че това е топлината, отделена или погълната в реакция от постоянно налягане; и това се определя чрез изчисляване на варирането на топлината между получените вещества и реагентите.
Това определяне се нарича енталпийна промяна, VH. Знакът на този резултат или стойност показва дали е имало отделяне или поглъщане на топлина. Стойността, дадена от тази разлика или вариация, показва, че както реагентите, така и продуктите съдържат топлина, която е характерна за тяхната маса. Топлинното съдържание е мярка за енергията, която се натрупва от дадено вещество по време на образуването му.
Ако стойността на изменението на енталпията е положителна, по време на реакцията е имало поглъщане на топлина; а ако е отрицателно, означава обратното, че е имало отделяне на топлина.
Видове реакции според Енталпия
Ендотермични реакции
Те са тези реакции, при които топлината се абсорбира, това означава, че енергията на молекулите на получените вещества или продукти (ЕР) е по-голяма от енергията на молекулите на реагентите (ER).
Средата, в която възниква този тип реакция, се охлажда.
Екзотермични реакции
Те са тези реакции, при които се отделя топлина, това означава, че енергията на молекулите на получените вещества или продукти (ЕР) е по-малка от енергията на молекулите на реагентите (ER).
Средата, в която възниква този тип реакция, се загрява.
Държавни функции
Те са променливи на състоянието, които имат уникална стойност за всяко състояние на системата. Неговата вариация зависи само от началното и крайното състояние, а не от разработения път. Те са държавни функции: Налягане, температура, вътрешна енергия, енталпия. НЕ са: топлина, работа.
Стандартни енталпийни промени в реакцията
За да се изследва химическа реакция от термодинамична гледна точка, се счита, че първоначалното състояние се състои от чистите и отделени реагенти, а крайното състояние се състои от реакционните продукти, също чисти и отделени. Термодинамичните свойства на всяко вещество са различни, така че химическата реакция е придружена от промяна в термодинамичните функции на системата. За да се оцени тази промяна, термодинамичните свойства на отделните вещества (H, Cp, S, G.) са представени в таблица.
По принцип табличните стойности на енталпия се отнасят до стойностите, присвоени на химичните вещества в техните конвенционални състояния. Конвенционалното състояние на веществото е произволно избрано като нормално или стандартно състояние на веществото при 25 ° C и 1bar.
Стандартно или нормално състояние: Стандартното състояние на веществото е най-стабилната чиста форма на него, при налягане от 1 бара и при определена температура. Ако веществото е газ при това налягане и температура, стандартното състояние се избира като такова, при което газът се държи като идеален газ. В случай на идеални течни разтвори (или идеални твърди разтвори) стандартното състояние на всеки компонент се избира като течността (или чистото твърдо вещество) при T и P на разтвора (или при P = 1bar, има наистина малка разлика ако налягането не е много високо).
В случай на идеални разредени разтвори, стандартното състояние на разтворителя се избира като течност (или чисто твърдо вещество) при Т и Р на разтвора, но стандартното състояние на разтвореното вещество е фиктивно състояние при Т и Р на разтварянето, което е резултат от екстраполиране на свойствата на разтвореното вещество в много разредени разтвори до граничния случай, при който моларната му фракция е 1. В случай на неидеални разтвори има две различни конвенции, едната включва избор на стандартното състояние на идеал разтвори, а другата на идеалните разредени разтвори (споразумението трябва да бъде посочено, тъй като във всеки случай трябва да бъде изпълнено това, което предполага различна стойност на μi0, ai и γi).
За всяка температурна стойност има уникално нормално състояние на дадено чисто вещество, това състояние се представя и се отчита стандартна моларна енталпия при температура Т.
Произволно моларната енталпия на всеки елемент при налягане 1 bar и температура 25 ºC се приема за нула. Има елементи като въглерод, които имат различни алотропни форми, диамант и графит. За такива елементи като референтно вещество се приема стабилната форма при 25 ° С и 1 бара. В този случай най-стабилната форма е графитът и неговата енталпия е нула, но тази на диаманта не е нула. Тази произволна конвенция се отнася за елементи, които не са за съединения, с изключение на едноядрените двуатомни газове.
Енталпии на образуването на съединения
За да се изчисли енталпията на образуване на съединение при 298 K и P = 1bar, продължете през поредица от стъпки
1) Ако всички елементи са газове при 298 K и P = 1 bar, вариацията на енталпията се изчислява за превръщането от идеален газ в реален газ, при изразените условия, тъй като идеалните газове не се обработват в лабораторията.
2) Промяната на енталпията, която възниква при смесване на чистите елементи при 298 K и P = 1 бара, се измерва в калориметър
3) Ако реакцията не протича при тези условия на P и T, енталпийното изменение на процеса, което се състои в привеждане на сместа от 298K и P = 1 bar до условията, при които образуването на съединението.
4) Измерваме в калориметър вариацията на енталпията на реакцията, в която съединението се образува от елементите, след като се достигнат условията, в които протича реакцията.
5) И накрая изчисляваме вариацията на енталпията на процеса, при който съединението се взема от условията, в които е получено в етап 4, до стандартното му състояние при 298 K
Стандартната вариация на енталпия на образуване при 298 K е сумата от 5-те етапа, въпреки че най-важният принос има този, съответстващ на етап 4. По този начин стойностите на енталпиите на образуване на съединенията при 298 K са таблични.