Beszéljünk arról, hogy mi a képződés hője, és határozzuk meg azokat a feltételeket is, amelyeket szabványnak nevezünk. A kérdés megértése érdekében meg fogjuk találni az egyszerű és összetett anyagok közötti különbségeket. A „képződéshő” fogalmának megszilárdításához vegyünk figyelembe konkrét kémiai egyenleteket.
Az anyagok képződésének szabványos entalpiája
A szén és a gáznemű hidrogén kölcsönhatása során 76 kJ energia szabadul fel. Ebben az esetben ez a szám egy kémiai reakció termikus hatása. De ez a metánmolekula egyszerű anyagokból történő képződésének hője is. "Miért?" - kérdezed. Ez annak köszönhető, hogy a kezdeti komponensek szén és hidrogén voltak. 76 kJ/mol lesz az az energia, amelyet a vegyészek „képződéshőnek” neveznek.
Adattáblázatok
A termokémiában számos táblázat mutatja meg a különféle vegyszerek egyszerű anyagokból történő képződési hőjét. Például egy olyan anyag képződési hője, amelynek képlete CO2, gáz halmazállapotbanindexe 393,5 kJ/mol.
Gyakorlati érték
Miért van szükségünk ezekre az értékekre? A képződéshő egy olyan érték, amelyet bármely kémiai folyamat hőhatásának kiszámításakor használnak. Az ilyen számítások elvégzéséhez a termokémia törvényének alkalmazására lesz szükség.
Hőkémia
Ő az az alaptörvény, amely megmagyarázza a kémiai reakciók során megfigyelt energiafolyamatokat. A kölcsönhatás során minőségi átalakulások figyelhetők meg a reagáló rendszerben. Egyes anyagok eltűnnek, helyette új komponensek jelennek meg. Egy ilyen folyamat a belső energiarendszer változásával jár együtt, ami munka vagy hő formájában nyilvánul meg. Az expanzióval kapcsolatos munkának van egy minimális mutatója a kémiai átalakulásokra. Az egyik komponens másik anyaggá való átalakulása során felszabaduló hő nagy lehet.
Ha figyelembe vesszük a különféle átalakulásokat, akkor szinte mindegyiknél létezik egy bizonyos mennyiségű hő elnyelése vagy felszabadulása. A fellépő jelenségek magyarázatára külön fejezetet hoztak létre - termokémia.
Hess törvénye
A termodinamika első főtételének köszönhetően lehetővé vált a hőhatás kiszámítása a kémiai reakció körülményeitől függően. A számítások a termokémia alaptörvényén, a Hess-törvényen alapulnak. Megadjuk a megfogalmazását: egy kémiai átalakulás termikus hatásaaz anyag természetéhez, kezdeti és végső állapotához kapcsolódik, nem kapcsolódik a kölcsönhatás végrehajtásának módjához.
Mi következik ebből a megfogalmazásból? Egy adott termék előállítása esetén nincs szükség egyetlen interakciós lehetőség alkalmazására, a reakciót többféleképpen lehet végrehajtani. Mindenesetre, függetlenül attól, hogy hogyan szerzi be a kívánt anyagot, a folyamat hőhatása azonos értékű lesz. Meghatározásához össze kell foglalni az összes köztes átalakulás termikus hatását. A Hess-törvénynek köszönhetően lehetővé vált a hőhatások számszerű mutatóinak számítása, amit kaloriméterben lehetetlen elvégezni. Például a szén-monoxid képződési hőjét mennyiségileg a Hess-törvény alapján számítják ki, de ezt nem fogja tudni meghatározni közönséges kísérletekkel. Ezért olyan fontosak a speciális termokémiai táblázatok, amelyekben a különböző anyagokhoz számértékeket adnak meg, standard körülmények között meghatározva
Fontos pontok a számításokhoz
Tekintettel arra, hogy a képződéshő a reakció termikus hatása, a kérdéses anyag aggregációs állapota különösen fontos. Például a mérések során a grafitot szokás a gyémánt helyett a szén standard állapotának tekinteni. Figyelembe kell venni a nyomást és a hőmérsékletet is, vagyis azokat a körülményeket, amelyek között a reagáló komponensek kezdetben helyezkedtek el. Ezek a fizikai mennyiségek jelentős hatással lehetnek a kölcsönhatásra, növelhetik vagy csökkenthetik az energiaértéket. Az alapvető számításokhoztermokémia, a nyomás és a hőmérséklet speciális mutatóit szokás használni.
Szabvány feltételek
Mivel egy anyag képződéshője az energiahatás mértékének meghatározása standard körülmények között, ezeket külön kiemeljük. A számításokhoz a hőmérséklet 298 K (25 Celsius fok), nyomás - 1 atmoszféra. Ezen kívül egy fontos szempont, amire érdemes odafigyelni, az a tény, hogy bármely egyszerű anyag képződési hője nulla. Ez logikus, mert az egyszerű anyagok nem képződnek önmaguktól, azaz képződésükhöz nincs energiaráfordítás.
A termokémia elemei
A modern kémia ezen szakasza különösen fontos, mert itt végeznek fontos számításokat, specifikus eredményeket kapnak, amelyeket a hőenergia-technikában használnak. A termokémiában számos olyan fogalom és kifejezés létezik, amelyeket fontos alkalmazni a kívánt eredmények elérése érdekében. Az entalpia (ΔH) azt jelzi, hogy a kémiai kölcsönhatás zárt rendszerben ment végbe, más reagensek nem befolyásolták a reakciót, a nyomás állandó volt. Ez a pontosítás lehetővé teszi, hogy beszéljünk az elvégzett számítások pontosságáról.
Attól függően, hogy milyen reakciót veszünk figyelembe, a keletkező hőhatás nagysága és előjele jelentősen eltérhet. Tehát minden olyan átalakulásnál, amelyben egy összetett anyag több egyszerűbb komponensre bomlik, hőelnyelést feltételezünk. A sok kiindulási anyag egy összetettebb termékké való kombinálásának reakciói kísérikjelentős mennyiségű energia szabadul fel.
Következtetés
Bármilyen termokémiai probléma megoldásakor ugyanazt a műveleti algoritmust használjuk. Először a táblázat szerint minden kiindulási komponensre, valamint a reakciótermékekre vonatkozóan meghatározzák a képződéshő értékét, nem feledkezve meg az aggregáció állapotáról. Továbbá Hess törvényével felvértezve egy egyenletet állítanak össze a kívánt érték meghatározására.
Különös figyelmet kell fordítani a sztereokémiai együtthatók figyelembevételére, amelyek egy adott egyenletben a kezdeti vagy végső anyagok előtt léteznek. Ha a reakcióban egyszerű anyagok vannak, akkor ezek standard képződési hője nulla, vagyis az ilyen komponensek nem befolyásolják a számítások során kapott eredményt. Próbáljuk a kapott információkat egy konkrét reakcióra felhasználni. Ha példának vesszük a tiszta fém vas-oxidból (Fe3+) képződését grafittal való kölcsönhatás útján, akkor a referenciakönyvben megtalálhatók az értékek a standard képződéshő. Vas-oxidnál (Fe3+) –822,1 kJ/mol, grafitnál (egyszerű anyag) nullával egyenlő. A reakció eredményeként szén-monoxid (CO) képződik, amelyre ez a mutató 110,5 kJ / mol, a felszabaduló vas képződési hője pedig nullának felel meg. Egy adott kémiai kölcsönhatás standard képződéshőjének rekordját a következőképpen jellemezzük:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
ElemzésA Hess-törvény szerint kapott számszerű eredményből logikus következtetést vonhatunk le, hogy ez a folyamat endoterm átalakulás, azaz energiafelhasználással jár a vas háromértékű oxidjából történő redukciójához.
