Vegyi termodinamika és termokémia
1 KÉMIAI TERMODINAMIKA ÉS TERMOKÉMIA
1.1 A TERMODINAMIKA ELSŐ BEMUTATÁSA. HESS JOGA
A kémiai termodinamika vizsgálja a kémiai folyamatokat kísérő energiahatásokat, valamint a spontán folyamatok lehetőségét és irányát.
A rendszer olyan test vagy testcsoport, amely a környezetben kölcsönhatásba lép és mentálisan elválik tőle.
Bármelyik folyamatban megfigyelhető az energia megőrzésének törvénye:
Ezt a kapcsolatot nevezik a termodinamika első törvényének, és azt jelenti, hogy ha a Q hő kerül a rendszerbe, akkor az a belső energia δ U és az A. teljesítmény teljesítményének változására fordítódik.
A rendszer belső energiája alatt az U teljes molekulatömeg, elektronok, intranukleáris energia stb. Energiáját jelenti a rendszer egészének kinetikus és potenciális energiája mellett.
A munka általában akkor következik be, ha a rendszer a külső nyomás ellen, és állandó nyomás mellett A = P δ V. Ezáltal a termodinamika első törvénye a következő formában írható:
A H = U + PV mennyiséget entalpiának nevezik. Így a folyamat termikus hatása állandó nyomáson megegyezik az δ H entalpia változásával. Egy állandó térfogat V1 = V2. ezért Qv = δ U. Qv ≠ Qp. azaz A folyamat termikus hatása az áramlás körülményeitől függ.
Laboratóriumi körülmények között a reakciókat általában állandó nyomáson végezzük (például lombikban). A légköri nyomáson mért hőhatások (101325 Pa Pascal (Pa) - egy egység nyomás a SI rendszerben.
Egy paccal egyenlő az egy newton / négyzetméteres erő által előidézett nyomásnak. ) standardnak nevezzük, és δ H ° jelöli. A jelölés jelezheti azt a abszolút hőmérsékletet, amelynél a hőhatást meghatározzák, például (1 atm és 25 ° C).
A reakciók a hő (exoterm) felszabadulását és abszorpcióját (endotermikus) folytatják. A termikus hatás jelzésére szolgáló reakcióegyenletek termokémiaiak. Ezek az anyagok összesített állapotát (r-gáz, x-folyadék, m-szilárd, k-kristályok) adják, és az együtthatók a mólok jelentését jelentik: Mol az anyag mennyiségének egysége, beleértve a 6.02. 10 23 (Avogadro száma) molekulák vagy egyéb anyagrészecskék. Például:
H2 (g) + Cl2 (g) → 2 H C l (g) + 184 kJ
A reakció exoterm, ezért a hőhatást plusz jelzéssel jelöljük. Azonban = -184 kJ, mert a rendszer elveszíti a meleget, és átadja a környezetnek. Ugyanaz az egyenlet másképpen írható:
1/2 H2 (g) + 1/2 CI2 (g) → H C l (g) + 92 kJ; = -92 kJ
Hess törvénye. A folyamat termikus hatása csak az alapanyagok és végtermékek állapotától függ, de nem függ a magatartás módjától. Hadd illusztráljuk a hesseni törvény alkalmazását szén-dioxid képződésére a grafit oxidációjában:
A szén-dioxidot egyetlen lépésben lehet előállítani; Ennek a szakasznak a hõhatása δH.A kétlépcsõs út a grafit elõször CO-ra oxidálja (a színpad hõhatása δ H1), majd CO2-re (HH termikus hatása). A folyamat végrehajtásának mindkét módján a rendszer ugyanabból a kezdeti állapotból (grafittól) ugyanarra a végső (szén-dioxid) gázig halad, ezért Hess törvénye szerint. 8 H = 8H1 + 8H2.
A kémiai referenciakönyvekben lehetetlen minden reakció termikus hatásait megadni. De a Hess-törvényből olyan fontos következtetéseket lehet levonni, amelyek lehetővé teszik a szinte minden folyamatban a δ H kiszámítását. Ehhez definiálunk.
Az anyag képződésének hője a reakció termikus hatása, melynek során 1 mól ez az anyag egyszerű anyagokból származik, és egyszerű anyagokat jelentenek olyan anyagok, amelyek molekulái egyfajta atomokból állnak: O2 - oxigén, Fe - vas, N2 - nitrogén. Ha az anyag különböző atomokból áll, úgy nevezik komplexnek, például CO - szénmonoxidnak (szén - monoxidnak). (kJ / mol).
Az anyag égési hője 1 mól (kJ / mol) termikus égéshatása.
Számos anyag esetében szerepelnek a kézikönyvekben (lásd például egy részletes on-line referenciakönyvt vagy az 1. függelék rövid táblázatát). Tekintsük a következőket:
A kívánt hõhatású δH reakciót tartalmazó kiindulási anyagok és termékek ugyanabból az egyszerű anyagból nyerhetők (a H 5 és H h2 termikus hatások megegyeznek a kiindulási anyagok és termékek összes hőképességével). Ezért Hess törvénye szerint:
Ez az egyenlőség a Hess törvény első következményét fejezi ki. Például a reakció
Egyszerű anyagok esetében Az egyszerű anyagok olyan anyagok, amelyek molekulái egyfajta atomokból állnak: O2 - oxigén, Fe - vas, N2 - nitrogén. Ha az anyag különböző atomokból áll, úgy nevezik komplexnek, például CO - szénmonoxidnak (szén - monoxidnak). . ezért
Vegyünk egy másik rendszert:
Nyilvánvaló, hogy egy adott reakció kiindulási anyagai és termékei mindig ugyanolyan égéstermékeket termelnek. Ezért Hess törvénye szerint:
Ez az egyenlőség a Hess-törvény második következményét fejezi ki.