ELEMENTY TERMODYNAMIKI –
I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia
TERMODYNAMIKA – zajmuje się badaniem przemian energii z
jednej postaci w inną, a w szczególności przemianą ciepła w pracę i
przemianą odwrotną
- efekty energetyczne reakcji chemicznych
- dążenie układów do osiągania stanu równowagi
- analiza składu mieszanin równowagowych
- przebieg reakcji w ogniwie elektrochemicznym
ENERGIA – jest zdolnością do wykonywania „pracy”
PRAWO ZACHOWANIA ENERGII – energii nie można
wytworzyć ani jej zniszczyć (znaczenie fundamentalne – większości
reakcji chemicznych towarzyszy wydzielenie lub pobranie energii, w
trakcie dokonuje się jedynie przemiana jednej formy energii w inną a
nie jej powstawanie bądź zanik)
UKŁAD – ta część przyrody, której zachowanie badamy
OTOCZENIE – ta część przyrody w której dokonujemy obserwacji
TYPY UKŁADÓW
OTWARTY ZAMKNIĘTY IZOLOWANY
materia
+
materia
-
materia
-
energia
+
energia
+
energia
-
ELEMENTY TERMODYNAMIKI –
I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia
ENERGIA
PRACA
CIEPŁO
(przeniesienie energii w (przeniesienie energii
taki sposób, że może być użyta następujące w wyniku istnienia
do podniesienia w otoczeniu różnicy temperatur układu
ciężaru na pewną wysokość) i otoczenia)
EFEKT ENERGETYCZNY PROCESÓW CHEMICZNYCH
ENERGIA WEWNĘTRZNA – (układ zamknięty) – funkcja stanu, której
różnica wartości przy przejściu między dwoma stanami równa jest energii
wymienionej z otoczeniem podczas tego przejścia (U - molowa; u - całkowita)
FUNKCJE STANU – nazywamy nimi wielkości termodynamiczne
jednoznacznie określone przez stan układu, tym samym niezależnym od drogi
jaką stan ten został osiągnięty
∆u = q + w (w – praca, q – ciepło)
ENDOTERMICZNY
UKŁAD
EGZOTERMICZNY
ELEMENTY TERMODYNAMIKI –
I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia
I ZASADA TERMODYNAMIKI (H.Helmholz – 1847)
Jeśli w układzie izolowanym znika jeden rodzaj energii, to
równocześnie musi powstawać drugi w ilości
ściśle równoważnej-
CAŁKOWITA ENERGIA UKŁADU IZOLOWANEGO
JEST STAŁA
Większość reakcji z którymi spotykają się chemicy przebiega w otwartych
naczyniach, pod stałym ciśnieniem atmosferycznym, nie zaś w warunkach
stałej objętości, w masywnych zamkniętych zbiornikach.
Komplikacją, jaką stanowi konieczność uwzględnienia w bilansie energii
reakcji pracy objętościowej, można uniknąć wprowadzając wielkość, której
zmiana wywołana procesem zachodzącym pod stałym ciśnieniem jest równa
ciepłu wymienionemu przez układ z otoczeniem
ENTALPIA - funkcja stanu, zmiana entalpii (ciepło reakcji chemicznej nie
zależy od drogi syntezy (wieloetapowej), jeśli tylko wszystkie etapy zachodzą
izobarycznie
∆H=q pod stałym ciśnieniem
Prawo HESSA:
Standardowa entalpia reakcji jest równa sumie
standardowych entalpii reakcji, na jakie można rozłożyć daną reakcję.
Standardowa entalpia tworzenia: standardowa entalpia reakcji, w której 1
mol danej substancji tworzy się z pierwiastków w ich stanach podstawowych
(sytuacja, w której pierwiastek występuje w najtrwalszej odmianie w danych
warunkach)
Standardowa entalpia reakcji jest równa sumie standardowych entalpii
tworzenia produktów i substratów, w której każdy wyraz jest pomnożony przez
współczynnik stechiometryczny odpowiedniego reagenta (dodatni dla
produktu, a ujemny dla substratu)
ELEMENTY TERMODYNAMIKI –
I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia
PRZYKŁAD 1
Obliczyć
∆H reakcji izomeryzacji:
CH
3
-O-CH
3(g)
= C
2
H
5
OH
(c)
mając do dyspozycji następujące dane (T =
289K)
∆H
tw
(C
2
H
5
OH
(c)
) = -276 KJ/mol
∆H
tw
(H
2
O
(c)
) = -284 KJ/mol
∆H
tw
(CO
2(g)
) = -393 KJ/mol
∆H
sp
(CH
3
-O-CH
3(g)
) = -1460 KJ/mol
CH
3
-O-CH
3
+ 3O
2
= 2CO
2
+ 3H
2
O
(c)
∆H
1
= -1460 KJ/mol
2C+3H
2
+ ½ O
2
= C
2
H
2
OH
(c)
∆H
2
= -284 KJ/mol
2CO
2
= 2C + 2O
2
∆H
3
= 2*393 KJ/mol
3H
2
O
(c)
= 3H
2
+ 3/2 O
2
∆H
4
= 3*284 KJ/mol
Dodanie czterech reakcji daje CH
3
-O-CH
3(g)
= C
2
H
5
OH
(c)
∆H
x
=
∆H
1
+
∆H
2
+
∆H
3
+
∆H
4
∆H
x
= -1460 –284 +2*393 +3*284 = -106 KJ