Pakalbėkime apie tai, kas yra formavimosi šiluma, taip pat apibrėžkime tas sąlygas, kurios vadinamos standartinėmis. Norėdami suprasti šią problemą, išsiaiškinsime skirtumus tarp paprastų ir sudėtingų medžiagų. Norėdami įtvirtinti „susidarymo šilumos“sąvoką, apsvarstykite konkrečias chemines lygtis.
Standartinė medžiagų susidarymo entalpija
Anglies ir dujinio vandenilio sąveikos metu išsiskiria 76 kJ energijos. Šiuo atveju šis skaičius yra cheminės reakcijos terminis poveikis. Bet tai taip pat yra metano molekulės susidarymo iš paprastų medžiagų šiluma. "Kodėl?" - Jūs klausiate. Taip yra dėl to, kad pradiniai komponentai buvo anglis ir vandenilis. 76 kJ / mol bus energija, kurią chemikai vadina „formavimosi šiluma“.
Duomenų lentelės
Termochemijoje yra daugybė lentelių, rodančių įvairių cheminių medžiagų susidarymo šilumą iš paprastų medžiagų. Pavyzdžiui, medžiagos, kurios formulė yra CO2, susidarymo šiluma dujinėje būsenojeindeksas yra 393,5 kJ/mol.
Praktinė vertė
Kam mums reikalingos šios vertybės? Susidarymo šiluma yra vertė, kuri naudojama apskaičiuojant bet kurio cheminio proceso šiluminį poveikį. Norint atlikti tokius skaičiavimus, reikės taikyti termochemijos dėsnį.
Termochemija
Jis yra pagrindinis dėsnis, paaiškinantis energijos procesus, stebimus cheminės reakcijos procese. Sąveikos metu stebimos kokybinės transformacijos reaguojančioje sistemoje. Kai kurios medžiagos išnyksta, vietoj jų atsiranda naujų komponentų. Tokį procesą lydi vidinės energetinės sistemos pasikeitimas, kuris pasireiškia darbo ar šilumos pavidalu. Darbas, susijęs su plėtra, turi minimalų cheminių virsmų rodiklį. Šiluma, išsiskirianti paverčiant vieną komponentą kita medžiaga, gali būti didelė.
Jei atsižvelgsime į įvairias transformacijas, beveik visuose yra tam tikras šilumos kiekis. Pasireiškusiems reiškiniams paaiškinti buvo sukurtas specialus skyrius – termochemija.
Heso įstatymas
Pirmojo termodinamikos dėsnio dėka atsirado galimybė apskaičiuoti šiluminį efektą priklausomai nuo cheminės reakcijos sąlygų. Skaičiavimai pagrįsti pagrindiniu termochemijos dėsniu, būtent Heso dėsniu. Pateikiame jo formulę: cheminės transformacijos terminis efektasasocijuojasi su prigimtimi, pradine ir galutine materijos būsena, ji nesusijusi su sąveikos būdu.
Kas išplaukia iš šios formuluotės? Kai gaunamas tam tikras produktas, nereikia naudoti tik vieno sąveikos varianto, reakciją galima atlikti įvairiais būdais. Bet kokiu atveju, nesvarbu, kaip gausite norimą medžiagą, proceso terminis efektas bus toks pat. Norint jį nustatyti, reikia susumuoti visų tarpinių virsmų šiluminį poveikį. Hesso dėsnio dėka atsirado galimybė atlikti skaitinių šiluminio poveikio rodiklių skaičiavimus, kurių neįmanoma atlikti kalorimetre. Pavyzdžiui, kiekybiškai anglies monoksido medžiagos susidarymo šiluma apskaičiuojama pagal Heso dėsnį, tačiau įprastais eksperimentais jos nustatyti nepavyks. Štai kodėl tokios svarbios specialios termocheminės lentelės, kuriose įvedamos įvairių medžiagų skaitinės reikšmės, nustatytos standartinėmis sąlygomis
Svarbūs taškai atliekant skaičiavimus
Atsižvelgiant į tai, kad susidarymo šiluma yra terminis reakcijos poveikis, nagrinėjamos medžiagos agregacijos būsena yra ypač svarbi. Pavyzdžiui, atliekant matavimus, įprasta anglies būkle laikyti grafitą, o ne deimantą. Taip pat atsižvelgiama į slėgį ir temperatūrą, ty sąlygas, kuriomis iš pradžių buvo reaguojantys komponentai. Šie fiziniai dydžiai gali turėti reikšmingos įtakos sąveikai, padidinti arba sumažinti energetinę vertę. Norėdami atlikti pagrindinius skaičiavimus,termochemija, įprasta naudoti specifinius slėgio ir temperatūros rodiklius.
Standartinės sąlygos
Kadangi medžiagos susidarymo šiluma yra energijos efekto dydžio nustatymas standartinėmis sąlygomis, juos išskirsime atskirai. Temperatūra skaičiavimams parenkama 298 K (25 laipsniai Celsijaus), slėgis – 1 atmosfera. Be to, svarbus dalykas, į kurį verta atkreipti dėmesį, yra tai, kad bet kokių paprastų medžiagų susidarymo šiluma yra lygi nuliui. Tai logiška, nes paprastos medžiagos nesusidaro pačios, tai yra, joms susidaryti neeikvojama energijos.
Termochemijos elementai
Šis šiuolaikinės chemijos skyrius yra ypač svarbus, nes čia atliekami svarbūs skaičiavimai, gaunami konkretūs rezultatai, kurie naudojami šiluminėje energetikoje. Termochemijoje yra daug sąvokų ir terminų, kuriuos svarbu naudoti norint gauti norimų rezultatų. Entalpija (ΔH) rodo, kad cheminė sąveika vyko uždaroje sistemoje, kiti reagentai neturėjo įtakos reakcijai, slėgis buvo pastovus. Šis paaiškinimas leidžia kalbėti apie atliktų skaičiavimų tikslumą.
Priklausomai nuo to, kokia reakcija atsižvelgiama, susidariusio šiluminio efekto dydis ir ženklas gali labai skirtis. Taigi, visų transformacijų, susijusių su vienos sudėtingos medžiagos skilimu į kelis paprastesnius komponentus, atveju daroma prielaida, kad šilumos sugertis. Daugelio pradinių medžiagų sujungimo į vieną sudėtingesnį produktą reakcijos lydiišleidžiant daug energijos.
Išvada
Spręsdami bet kokią termocheminę problemą, naudojamas tas pats veiksmų algoritmas. Pirma, pagal lentelę kiekvienam pradiniam komponentui, taip pat reakcijos produktams, nustatoma formavimosi šilumos vertė, nepamirštant ir agregacijos būsenos. Be to, ginkluoti Heso įstatymu, jie sudaro lygtį norimai vertei nustatyti.
Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas tam, kad būtų atsižvelgta į stereocheminius koeficientus, kurie yra prieš pradinę arba galutinę medžiagą konkrečioje lygtyje. Jei reakcijoje yra paprastų medžiagų, tada jų standartinės susidarymo šilumos yra lygios nuliui, tai yra, tokie komponentai neturi įtakos skaičiavimų rezultatui. Pabandykime gautą informaciją panaudoti konkrečiai reakcijai. Jei kaip pavyzdį paimsime gryno metalo susidarymo iš geležies oksido (Fe3+) procesą sąveikaujant su grafitu, tada žinyno reikšmes rasite standartinės susidarymo šilumos. Geležies oksidui (Fe3+) jis bus –822,1 kJ/mol, grafitui (paprastai medžiagai) lygus nuliui. Dėl reakcijos susidaro anglies monoksidas (CO), kurio šio rodiklio vertė yra 110,5 kJ / mol, o išsiskiriančios geležies susidarymo šiluma atitinka nulį. Tam tikros cheminės sąveikos standartinės susidarymo šilumos įrašas apibūdinamas taip:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
AnalizuojamaIš skaitinio rezultato, gauto pagal Heso dėsnį, galime padaryti logišką išvadą, kad šis procesas yra endoterminė transformacija, tai yra, jis apima energijos sąnaudas geležies redukcijos reakcijai iš trivalenčio oksido.
