Подготвено от: Mgr. Зузана Шоцова
Термохимия е клон на химията, който се занимава с термични явления, протичащи в химични реакции (занимава се с енергийни промени). По време на химичните реакции настъпва определена енергийна промяна, т.е. топлината се отделя или консумира. Консумацията или отделянето на топлина зависи от вида на реагентите, които влизат в химичната реакция и от вида на продуктите, които се образуват по време на химичната реакция.
В зависимост от това дали топлината се отделя или консумира при химична реакция (т.е. според топлинния баланс), ние разделяме химическите реакции на:
Екзотермичен - по време на екзотермични реакции се отделя топлина.
Ендотермична - топлината се изразходва по време на ендотермични реакции.
Екзотермични реакции
Енергията на продуктите е по-ниска от енергията на реагентите (по стойността на отделената енергия)
Продуктите са по-стабилни от реагентите, от които са образувани
Някои протичат спонтанно при нормална температура и налягане (неутрализиране, утаяване и т.н.)
Някои се извършват по време на първоначалното снабдяване с енергия, но след това продължават и енергията се освобождава (изгаряне на хартия, въглища и т.н.)
Ендотермични реакции
Енергията на продуктите е по-висока от енергията на входящите реагенти
Продуктите са по-малко стабилни от реагентите
Повечето се провеждат само при постоянно нагряване
Топлина на реакцията Q
Топлината на реакцията е количество, което ни дава топлината, която се отделя или изразходва по време на химическа реакция. Определя се като разлика между енталпията на продуктите и енталпията на реагентите от химичната реакция.
Енталпиу посочваме с главни букви З., неговата единица е kJ. мол -1 .
Следователно, следното се отнася за топлината на реакцията:
Q = Δ З.
Δ H = H продукти - H реактиви
При екзотермични реакции енталпията на продуктите е по-малка от енталпията на реагентите и следователно топлината на реакцията има отрицателна стойност.
З. R - енталпия на продуктите
З. P - енталпия на реагентите
ΔH = H P - З. R
При ендотермичните реакции енталпията на продуктите е по-голяма от енталпията на реагентите и следователно топлината на реакцията има положителна стойност.
З. R - енталпия на продуктите
З. P - енталпия на реагентите
ΔH = H P - З. R
Стойността на топлината на реакцията зависи от количеството реактиви, постъпващи в химичната реакция. По този начин, колкото по-голямо е количеството на реагентите, толкова по-голяма е топлината на реакцията на дадена химична реакция.
По този начин, топлината на реакцията на определена химическа реакция е количеството топлина, което се изразходва или отделя, ако количеството на реагентите реагира, както е показано от стехиометричните коефициенти в химичното уравнение на химичната реакция.
2H 2 O (g) → 2 H 2 (g) + O 2 (g) 457 ° C топлина се консумира
H 2 O (g) → H 2 (g) + 1/2O 2 (g) 457/2 ° C се консумира топлина
Нарича се топлината на реакцията на химична реакция, която протича при стандартни условия ΔH 0 . (стандартни условия: температура 298,15 K, налягане 101,3 kPa)
Термохимични уравнения
Термохимичните уравнения са уравнения, които съдържат информация за консумираната или отделената топлина. Тези уравнения трябва също да посочват състоянията на всички реагенти.
Екзотермични уравнения (топлината се отделя в околната среда) ΔH
Ca (s) + 2 H2O (l) Ca (OH) 2 (aq) + H2 (g) Δ H = - 431,1 kJ. мол -1
Ендотермични уравнения (консумирана топлина) ΔH> 0
H2O (g) + C (s) CO (g) + H2 (g) Δ H = 131,4 kJ.mol -1
Групово състояние в термохимични уравнения:
s (solidus) - твърдо вещество
л (ликвидус) - течно вещество
g (gaseus) - газообразно вещество
aq (aqua) - вещество във воден разтвор
Термохимични закони
Първият термохимичен закон е открит през 1780 г. от Lavoiser и Laplace :
"Стойността на топлината на реакцията на директната и обратната реакция е еднаква и се различава само по знак. "
2Н2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) HH1 = - 483,9 kJ.mol -1
обратима реакция 2Н2O (g) → 2Н2 (g) + O2 (g) ΔH2 = 483,9 kJ.mol -1
Синтезът на два мола серен диоксид от два мола серен диоксид и един мол кислород отделя топлина от 196 kJ
2SO 2 (ж) + ОТНОСНО 2 (ж) → 2 ТАКА 3 (ж) ΔH = - 196 kJ.mol -1
При разлагане на две мола серен диоксид се изразходва същото количество топлина:
2SO 3 (ж) → 2SO 2 (ж) + ОТНОСНО 2 (ж) ΔH = 196 kJ. мол -1
Вторият термохимичен закон е открит и формулиран през 1840 г. от Хес:
Топлината на реакцията на реакцията е равна на сумата от реакционните топлини на частичните реакции.
ΔH = ΔH1 + ΔH2
Пример: Въз основа на термохимични уравнения на частичните реакции
1. Sn (s) + Cl2 (g) SnCl2 (s) ΔH1 = - 349,4 kJ.mol -1
2. SnCl2 (s) + Cl2 (g) SnCl4 (l) ΔH2 = - 195,2 kJ.mol -1
определете топлината на реакцията:
Sn (s) + 2 Cl2 (g) → SnCl4 (l) ΔH = ?
ΔH = ΔH1 + ΔH2 = - 349,4 kJ.mol -1 + (-195,2 kJ.mol -1)
ΔH = - 544,6 kJ.mol -1
Термични явления при разтварянето на твърди вещества във вода - Na2CO3. 10 Н20, NaOH
Когато твърдите вещества се разтварят, може да се отдели топлина (температурата се е повишила).
Водните молекули се свързват с разтворените частици - отделя се топлина. Промяната на енталпията е отрицателна.
Когато твърдите вещества се разтварят във вода, топлината може да се абсорбира (температурата спадна). При разтваряне първо трябва да се наруши кристалната структура - консумира се топлина. Промяната на енталпията е положителна.
(При разтваряне на твърди вещества във вода се изразходва определено количество топлина за нарушаване на кристалната структура (промяната на енталпията е положителна.) При хидратиране на частици от разтворен материал се отделя топлина (промяната на енталпията е отрицателна). Ефекти (стойности на промените при енталпии на частични събития).
Дали топлината се отделя или консумира зависи от количеството топлина, изразходвано за нарушаване на кристалната структура и количеството топлина, отделено по време на хидратацията на йони.
Ако при разрушаването на кристалната структура се изразходва повече топлина, отколкото се отделя при хидратацията на йони, тогава разтварянето е ендотермично събитие. Ако се консумира по-малко топлина, това е екзотермично събитие.)
Видове топлина на реакция
Температурата на реакцията може да бъде разграничена според вида на химичния процес.
Нарича се топлината на реакцията на реакциите, при които се образува 1 мол от съединението топлина на синтез.
(Стандартната топлина на сливане на съединение е топлината на реакцията на химична реакция, при която 1 мол съединение в стандартно състояние се образува от елементите в стандартно състояние)
Топлината на реакционната реакция, при която 1 мол изходни материали се изгарят, за да се получат стабилни продукти на окисляване, се нарича гореща топлина .
(Стандартната топлина на горене на съединение е топлината на реакцията на химична реакция, по време на която 1 мол от съединението в стандартно състояние се окислява до стабилен продукт на окисляване)
Символично обозначаваме тези реакционни затопляния ∆H 0 zl и ∆H 0 sp.
Изчисляване на топлината на реакцията от табличните стойности и др
Топлината на реакцията на химична реакция се изчислява а.) Като разлика между сумата от топлината на топене на продуктите и сумата от топлината на топене на реагентите:
∆ З. 0 =∑ prod │ν│ (∆H 0) zluč - ∑ реагиране │ν│ (∆H 0) zluč
ν - стехиометричен коефициент
Топлината на реакцията на химична реакция се изчислява б.) Като разлика между сумата на топлината на горене на реагентите и реагентите и сумата на топлината на горене и продуктите:
∆ З. 0 =∑ реагира │ν│ (∆H 0) шпал - ∑ прод │ν│ (∆H 0) шпал
Единицата е kJ. мол -1
Изчислете топлината на реакцията на химична реакция:
∆ З. 0 =∑ реагира │ν│ (∆H 0) шпал - ∑ прод │ν│ (∆H 0) шпал
∆ З. 0 = -251,63 + 2. (- 726,1) - (-1678,91) kJ.mol -1
∆ З. 0 = -24,92 kJ.mol -1
Топлината на реакцията на споменатата химическа реакция е равна на -24,92 kJ.mol -1
Изчислете топлината на реакцията:
когато са известни термоядрени нагреватели
H ° zluč, CO (g) = -124,74 kJ.mol -1
H ° = (- - 124,74 kJ.mol -1 + (- 242,76 kJ.mol -1)) - (- - 410,34 kJ.mol -1)
Изчислете топлината на комбинацията от амониев хлорид, като използвате уравнението: