اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی. اثرات حرارتی واکنش ها

02.09.2020

یا تغییر در آنتالپی سیستم به دلیل وقوع یک واکنش شیمیایی - مقدار گرمای مربوط به تغییر متغیر شیمیایی دریافتی توسط سیستمی که در آن واکنش شیمیایی انجام شد و محصولات واکنش دمای واکنش دهنده ها.

برای اینکه اثر حرارتی کمیتی باشد که فقط به ماهیت واکنش شیمیایی در حال انجام بستگی دارد، شرایط زیر باید رعایت شود:

واکنش باید یا با حجم ثابت ادامه یابد س v (فرآیند ایزوکوریک)، یا زمانی که فشار ثابت س p (فرایند ایزوباریک).
هیچ کاری در سیستم انجام نمی شود، به جز کار احتمالی بسط با P = const.

اگر واکنش در شرایط استاندارد در T \u003d 298.15 K \u003d 25 ° C و P \u003d 1 atm \u003d 101325 Pa انجام شود، اثر حرارتی اثر حرارتی استاندارد واکنش یا آنتالپی استاندارد واکنش Δ نامیده می شود. اچ r O . در ترموشیمی، اثر حرارتی استاندارد یک واکنش با استفاده از آنتالپی های استاندارد تشکیل محاسبه می شود.

آنتالپی استاندارد تشکیل (گرمای استاندارد تشکیل)

گرمای استاندارد تشکیل به عنوان اثر گرمایی واکنش تشکیل یک مول از یک ماده از مواد ساده، اجزای تشکیل دهنده آن، که در حالت های استاندارد پایدار هستند، درک می شود.

به عنوان مثال، آنتالپی استاندارد تشکیل 1 مول متان از کربن و هیدروژن برابر با گرمای واکنش است:

C (tv) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol.

آنتالپی استاندارد تشکیل Δ نشان داده می شود اچبرای . در اینجا شاخص f به معنای شکل گیری (آموزش) است و دایره خط خورده، شبیه یک دیسک Plimsol، به این معنی است که مقدار به حالت استاندارد ماده اشاره دارد. در ادبیات، نام دیگری برای آنتالپی استاندارد اغلب یافت می شود - ΔH 298.15 0، که در آن 0 فشاری برابر با یک اتمسفر (یا تا حدودی دقیق تر، شرایط استاندارد) را نشان می دهد و 298.15 دما است. گاهی اوقات از شاخص 0 برای مقادیر مربوط به استفاده می شود ماده خالصبا این شرط که تعیین کمیت های ترمودینامیکی استاندارد با آن تنها زمانی امکان پذیر است که ماده خالصی باشد که به عنوان حالت استاندارد انتخاب شود. استاندارد را نیز می توان به عنوان مثال وضعیت یک ماده در محلول بسیار رقیق در نظر گرفت. "دیسک Plimsol" در این مورد به معنای وضعیت استاندارد واقعی ماده، صرف نظر از انتخاب آن است.

آنتالپی تشکیل مواد ساده برابر با صفر در نظر گرفته می شود و مقدار صفر آنتالپی تشکیل به حالت تجمع اشاره دارد که در T = 298 K پایدار است. برای مثال، برای ید در حالت کریستالی، Δ اچ I 2 (tv) 0 = 0 kJ / mol و برای ید مایع Δ اچ I 2 (g) 0 \u003d 22 kJ / mol. آنتالپی تشکیل مواد ساده در شرایط استاندارد، ویژگی اصلی انرژی آنهاست.

اثر حرارتی هر واکنشی به عنوان تفاوت بین مجموع گرمای تشکیل همه محصولات و مجموع گرمای تشکیل همه واکنش دهنده ها در این واکنش است (نتیجه قانون هس):

Δ اچواکنش های O = ΣΔ اچ f O (محصولات) - ΣΔ اچ f O (reagents)

اثرات ترموشیمیایی را می توان در واکنش های شیمیایی گنجاند. معادلات شیمیاییکه در آن مقدار گرمای آزاد شده یا جذب شده نشان داده می شود، معادلات ترموشیمیایی نامیده می شوند. واکنش هایی که با انتشار گرما در محیط همراه هستند، اثر حرارتی منفی دارند و گرمازا نامیده می شوند. واکنش هایی که با جذب گرما همراه هستند اثر حرارتی مثبت دارند و گرماگیر نامیده می شوند. اثر حرارتی معمولاً به یک مول از ماده اولیه واکنش داده شده اشاره دارد که ضریب استوکیومتری آن حداکثر است.

وابستگی دمایی اثر حرارتی (آنتالپی) واکنش

برای محاسبه وابستگی دمایی آنتالپی واکنش، لازم است ظرفیت حرارتی مولی مواد درگیر در واکنش را بدانیم. تغییر در آنتالپی واکنش با افزایش دما از T 1 به T 2 طبق قانون Kirchhoff محاسبه می شود (فرض می شود که در این محدوده دمایی ظرفیت های حرارتی مولی به دما بستگی ندارد و هیچ تغییر فازی وجود ندارد):

اگر تحولات فاز در یک محدوده دمایی مشخص اتفاق بیفتد، در محاسبه باید گرمای تبدیل های مربوطه و همچنین تغییر در وابستگی دمایی ظرفیت گرمایی موادی که تحت چنین تغییراتی قرار گرفته اند در نظر گرفته شود:

که در آن ΔC p (T 1، T f) تغییر ظرفیت گرمایی در محدوده دما از T 1 به دمای انتقال فاز است. ΔC p (Tf,T2) تغییر ظرفیت گرمایی در محدوده دمایی از دمای انتقال فاز به دمای نهایی است و Tf دمای انتقال فاز است.

آنتالپی استاندارد احتراق - Δ اچ Gor o، اثر حرارتی واکنش احتراق یک مول از یک ماده در اکسیژن به تشکیل اکسیدها در بالاترین درجهاکسیداسیون گرمای احتراق مواد غیر قابل احتراق صفر در نظر گرفته شده است.

آنتالپی استاندارد انحلال - Δ اچمحلول، اثر حرارتی فرآیند حل کردن 1 مول از یک ماده در مقدار بی نهایت زیاد حلال. شامل گرمای تخریب شبکه کریستالی و گرمای هیدراتاسیون (یا گرمای حلالیت برای محلول های غیر آبی) است که در نتیجه برهمکنش مولکول های حلال با مولکول ها یا یون های حل شونده آزاد می شود تا ترکیبات متغیر را تشکیل دهد. ترکیب - هیدرات ها (محلول ها). تخریب شبکه کریستالی، به عنوان یک قاعده، یک فرآیند گرماگیر است - Δ اچ resh > 0، و هیدراتاسیون یونی گرمازا است، Δ اچهیدرا< 0. В зависимости от соотношения значений Δاچرش و Δ اچهیدرو آنتالپی انحلال می تواند هم مقادیر مثبت و هم منفی داشته باشد. بنابراین انحلال هیدروکسید پتاسیم کریستالی با آزاد شدن گرما همراه است:

Δ اچمحلول KOH o \u003d Δ اچ resh o + Δ اچ hydrK + o + Δ اچ hydroOH - o \u003d -59 کیلوژول / مول

تحت آنتالپی هیدراتاسیون - Δ اچ hydr به گرمایی اطلاق می شود که در طی انتقال 1 مول یون از خلاء به محلول آزاد می شود.

آنتالپی استاندارد خنثی سازی - Δ اچخنثی در مورد آنتالپی واکنش برهمکنش اسیدها و بازهای قوی با تشکیل 1 مول آب در شرایط استاندارد:

HCl + NaOH \u003d NaCl + H 2 O H + + OH - \u003d H 2 O، ΔH خنثی ° \u003d -55.9 کیلوژول / مول

آنتالپی استاندارد خنثی سازی برای محلول های غلیظ الکترولیت های قوی به غلظت یون ها بستگی دارد، به دلیل تغییر در مقدار ΔH یون های هیدراتاسیون درجه در هنگام رقیق شدن.

یادداشت

ادبیات

Knorre D. G.، Krylova L. F.، Muzykantov V. S.شیمی فیزیک. - م.: دبیرستان، 1990
اتکینز پی.شیمی فیزیک. - مسکو : جهان، 1980

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

ننیوکوف، دیمیتری وسوولودویچ
ساعت مسحور کننده

ببینید "اثر گرمایی یک واکنش شیمیایی" در فرهنگ های دیگر چیست:

اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی- گرمای جذب شده (آزاد شده) در نتیجه تبدیل شیمیایی مواد اولیه به محصولات واکنش در مقادیری مطابق با معادله واکنش شیمیایی در شرایط زیر: 1) تنها کار ممکن در این مورد ... ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی- گرمای جذب شده (آزاد شده) در نتیجه تبدیل شیمیایی مواد اولیه به محصولات واکنش در مقادیری مطابق با معادله واکنش شیمیایی در شرایط زیر: ... ... دایره المعارف اصطلاحات، تعاریف و توضیحات مصالح ساختمانی

اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی- اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی؛ اثر حرارتی مجموع گرمای جذب شده توسط سیستم و انواع کارهای انجام شده بر روی آن به استثنای کار فشار خارجی و همه کمیت ها مربوط به دمای یکسان اولیه و نهایی است.

اثر حرارتی- واکنش شیمیایی؛ اثر حرارتی مجموع گرمای جذب شده توسط سیستم و انواع کارهای انجام شده بر روی آن، به جز کار فشار خارجی، همه کمیت ها مربوط به دمای یکسان حالت های اولیه و نهایی سیستم هستند. فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک

اثر حرارتی واکنش- مقدار حرارت آزاد شده یا جذب شده توسط سیستم در طی یک واکنش شیمیایی. اثر حرارتی کار برابر است با تغییر انرژی داخلی سیستم در حجم ثابت یا تغییر آنتالپی آن در فشار ثابت و عدم وجود کار خارجی ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

اثر حرارتی واکنش- مقدار حرارت آزاد شده یا جذب شده توسط سیستم در طی یک واکنش شیمیایی. اثر حرارتی یک واکنش برابر است با تغییر انرژی داخلی سیستم در حجم ثابت یا تغییر آنتالپی آن در فشار ثابت و بدون کار ... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی

اثر حرارتی واکنش- مقدار گرمای آزاد شده یا جذب شده در یک سیستم ترمودینامیکی در طول یک واکنش شیمیایی، مشروط بر اینکه سیستم هیچ کاری انجام ندهد، به جز کار در برابر فشار خارجی و دمای ... ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

اثر حرارتی واکنش- مجموع جبری گرمای جذب شده در یک واکنش شیمیایی معین (به واکنش های شیمیایی مراجعه کنید)، و کار خارجی انجام شده منهای کار در برابر فشار خارجی. اگر در طی یک واکنش گرما آزاد شود یا کار توسط سیستم انجام شود ... دایره المعارف بزرگ شوروی

اثر حرارتی ایزوباریک- اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی که در فشار ثابت رخ می دهد ... فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک

اثر حرارتی ایزوکوریک- اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی که در یک حجم ثابت رخ می دهد ... فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک

FOR V - const و p = const

اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی که در حجم ثابت انجام می شود، اثر حرارتی ایزوکوریک نامیده می شود و نشان داده می شود. Q V.

جایگزینی به معادله (43) Q V، با توجه به آن V = const، ما گرفتیم

بنابراین، اثر حرارتی ایزوکوریک یک واکنش (که در یک فرآیند ایزوکوریک- همدما رخ می دهد) برابر با تغییر انرژی درونی سیستم است.

اثر حرارتی واکنشی که در فشار ثابت انجام می شود، اثر حرارتی ایزوباریک نامیده می شود. Qp. جایگزینی به معادله (43) مقدار Qp، ما گرفتیم

(45)

جایگزینی عبارت U 2 + pV 2بر روی H 2، ولی U 1 + pV 1بر روی H 1، ما گرفتیم

Q p \u003d ΔH \u003d H 2 -H 1. (46)

بنابراین، اثر حرارتی ایزوباریک یک واکنش (که در یک فرآیند ایزوباریک- همدما رخ می دهد) برابر با تغییر آنتالپی سیستم است.

بنابراین، اثرات حرارتی ایزوباریک و ایزوکوریک با تغییرات توابع حالت (44) و (46) برابر است. بنابراین، آنها به مسیر انتقال وابسته نیستند، بلکه توسط حالت های اولیه و نهایی سیستم تعیین می شوند. به طور کلی، گرمای واکنش به ماهیت فرآیند بستگی دارد.

§ 5. وابستگی بین اثرات حرارتی Q v و Q p

برای استخراج معادله رابطه بین Q vو Qpما از رابطه استفاده می کنیم

Q p \u003d ΔH \u003d ΔU p + Δ (pV)،

که در آن ΔU p تغییر در انرژی داخلی سیستم ترمودینامیکی در طول فرآیند همسان است. در حالت کلی، این تغییر با تغییر انرژی درونی در یک فرآیند ایزوکوریک، یعنی. ΔU P ≠ ΔU V، زیرا

V≠ const. در نتیجه، . بنابراین، هنگام جایگزینی ΔU V توسط Q Vمعادله (45) را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

در سیستم های متراکم، تفاوت بین Qpو Q vناچیز است و می توان چنین فرض کرد Qp = Qv. با این حال، در حضور مواد گازی در سیستم، تفاوت قابل توجه است.

اگر گازها ایده آل فرض شوند، می توان معادله (45) را به صورت نوشتاری نوشت

Q P \u003d Qv + pΔV \u003d Q V + pV 2 - pV 1.

در این عبارت جایگزین می شود PV2بر روی n2RTو pv 1بر روی n 1RT، جایی که n 1و ص 2- تعداد کیلو مول مواد گازی قبل و بعد از واکنش از رابطه (3) بدست می آید.

Qp = Qv + ∆nRT(47)

Q v \u003d Q p -Δ nRT،(48)

جایی که Δn- تغییر در تعداد کیلو مول محصولات واکنش گازی. در ∆n > 0

Q V< Q P .

نمونه ای از چنین واکنشی تشکیل مونوکسید کربن است

2C + O 2 \u003d 2CO، که در آن Δn= 2 - 1 = 1 و Q v = Q p - RT، یعنی Q v< Q p . سیستم ترمودینامیکی در این حالت کار انبساط را با کاهش انرژی داخلی سیستم انجام می دهد.

در Δn<0 Q V >Qp. نمونه ای از چنین واکنشی، واکنش است: CO + 0.5O 2 \u003d CO 2یا H 2 + 0.5O 2 \u003d H 2 O، که در آن Δn = 1 - 1.5 = -0.5، یعنی Δn< 0 . سپس Qv = Qp + 0.5RT، یعنی Qv > Qp.

در این حالت کار روی سیستم ترمودینامیکی انجام می شود محیط خارجیو سیستم گرمای اضافی دریافت می کند.

چه زمانی ∆n = 0، اثرات حرارتی Q v = Q p. نمونه ای از چنین واکنشی می تواند باشد CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2، که در آن ∆n = 2 - 2 = 0. بنابراین، Q v = Q p.

قانون هس

استقلال اثر حرارتی واکنش از مراحل میانی فرآیندهای شیمیایی توسط دانشمند روسی آکادمیک G.I. Hess در سال 1840 بر اساس داده های تجربی ایجاد شد. این در مورد واکنش هایی که در آن صورت می گیرد صادق است V، T = constیا p، T = const. چنین عبارتی در اصل قانون بقای انرژی است که در واکنش های شیمیایی اعمال می شود. لازم به ذکر است که قانون هس، قانون اساسی ترمودینامیک شیمیایی، حتی قبل از تدوین قانون اول ترمودینامیک کشف شد. قانون هس ثابت می کند که اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی به مسیر انتقال سیستم از یک حالت به حالت دیگر بستگی ندارد، بلکه تنها توسط حالت های اولیه و نهایی آن تعیین می شود.

بنابراین، روابط مشتق شده قبلی

Q V \u003d U 2 -U 1 و Q p \u003d H 2 - H 1

عبارت های جبری قانون هس هستند.

محاسبات اثرات حرارتی واکنش های شیمیاییدر آثار M. V. Lomonosov، Lavoisier، Laplace شرح داده شده است. مواد آزمایشی قابل توجهی توسط G. I. Hess، N. N. Beketov، Berthelot، Thomson، I. A. Kablukov و سایر دانشمندان به دست آمد. تحقیقات گسترده ای در مورد تعیین اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی توسط VF Luginin و شاگردانش انجام شد.

برای تعیین اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - کالریمتر.

قانون هس از اهمیت عملی زیادی برخوردار است، زیرا می توان از آن برای محاسبه اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی استفاده کرد که تعیین تجربی آن دشوار یا عملاً غیرممکن است. اجازه دهید این موضوع را با یک مثال توضیح دهیم

فرض کنیم که ماده ولیبه ماده تبدیل می شود که دربه سه طریق: مستقیماً از ماده ولیبه ماده که دربا اثر حرارتی Q1; از طریق مراحل ج، دیبا اثرات حرارتی Q2, س 3, Q4، طی مراحل E, ن, مبا اثرات حرارتی Q5, Q6, Q7و Q8. بنابراین، طبق قانون هس، اثرات حرارتی کل یکسان است

Q 1 \u003d Q 2 + Q 3 + Q 4;

Q 1 \u003d Q 5 + Q 6 + Q 7 + Q 8.

Q 2 + Q 3 + Q 4 \u003d Q 5 + Q 6 + Q 7 + Q 8.

با استفاده از این روابط، محاسبه اثر حرارتی هر واکنش شیمیایی که نمی توان به طور تجربی به دست آورد، آسان است. به عنوان مثال، اثر حرارتی

Q 8 \u003d Q 1 -Q 5 -Q 6 -Q 7.

به عنوان یک قاعده، تعیین تجربی اثرات حرارتی در تمام مراحل با دقت زیادی انجام می شود، تمام پیش نیازهای ناشی از قانون هس رعایت می شود (شرایط کاهش محصولات احتراق اولیه و نهایی، ترکیب شیمیایی یکسان محصولات اولیه و غیره)، خطاها و نادرستی های به حداقل رسیده مرتبط با شرایط تبادل حرارت تجهیزات آزمایشی با محیط، روش های اندازه گیری دما و غیره، یعنی تلفات برگشت ناپذیر مرتبط با تبدیل انرژی مکانیکی به طور مستقیم به انرژی حرارتی، عملا غایب هستند.

با استفاده از قانون هس می توان محاسباتی را با استفاده از معادلات ترموشیمیایی انجام داد که معادلات استوکیومتری واکنش های شیمیایی است که در آن همراه با فرمول های شیمیایی مواد دخیل در واکنش، اثرات حرارتی (مربوط به همان شرایط). با این معادلات می توانید عملیات جبری را مانند هر معادله جبری انجام دهید.

معادلات یا نسبت‌های استوکیومتری به نسبت‌های عددی بین مقادیر مواد واکنش‌دهنده که با قوانین استوکیومتری مطابقت دارند گفته می‌شود که مفاد اصلی آن از قوانین آووگادرو، گی-لوساک، ثبات ترکیب، نسبت‌های متعدد و غیره ناشی می‌شود.

برای مثال، از نسبت استوکیومتری،

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

نتیجه این است که در تشکیل آب برای دو مولکول هیدروژن یک مولکول اکسیژن وجود دارد یا به طور کلی

x a A+x b B=x a D، پس از تشکیل x dمولکول های ماده دیبر روی x aمولکول های ماده ولیضروری xbمولکول های ماده که در. شانس x a, xbو x d- تعداد مولکول های مواد اولیه و مولکول های بدست آمده در واکنش را ضرایب استوکیومتری می گویند.

تعداد کیلو مول مواد شروع کننده و بدست آمده در یک واکنش شیمیایی با ضرایب استوکیومتری متناسب است. در واکنش های گازی، حجم و فشار جزئی واکنش دهنده ها و محصولات واکنش نیز با ضرایب استوکیومتری متناسب است.

از آنجایی که اثرات حرارتی به وضعیت فیزیکی واکنش دهنده ها و شرایطی که در آن واکنش انجام می شود بستگی دارد، برای اینکه بتوان محاسبات ترموشیمیایی را انجام داد، باید اثرات حرارتی وارد شده به معادلات ترموشیمیایی را به برخی شرایط یکسان نسبت داد، در غیر این صورت آنها را نسبت داد. غیر قابل مقایسه هستند چنین شرایطی به عنوان شرایطی در نظر گرفته می شود که تحت آن واکنش بین موادی که در حالت های استاندارد خاصی هستند انجام می شود.

حالت استاندارد هر ماده مایع و جامد به عنوان حالت پایدار آنها در دما و فشار معین در نظر گرفته می شود. p = 1 atm = 760میلی متر جیوه هنر، یا 1,013- 10 5 Pa، و برای گازهای فردی - وضعیت آنها در هنگام فشار p = 760میلی متر جیوه هنر و با توجه به دما، از معادله حالت یک گاز ایده آل تبعیت می کنند.

اثرات حرارتی که به طور گسترده در کتاب های راهنما ذکر شده است معمولاً تحت عنوان فشار نامیده می شود p = 1جو فیزیکی ( 1.013 10 5 Pa)و دما t \u003d 25 درجه سانتیگراد(298.15 K)و نشان دهند Q 0 V 298و س 0 ص 298

یا ∆Q 0 298و ΔH 0 298.

پیامدهایی که اهمیت عملی زیادی دارد از قانون هس ناشی می شود.

1. اثر حرارتی واکنش تجزیه سبر ثانیه یک ترکیب شیمیایی از نظر بزرگی برابر و از نظر علامت مخالف اثر حرارتی تشکیل است. س o 6p از این ترکیب از محصولات تجزیه:

ستفاوت =- س arr

2. اگر فرآورده های نهایی یکسان از دو سیستم شیمیایی به دو روش متفاوت تشکیل شوند، تفاوت بین مقادیر اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی برابر با اثر حرارتی تبدیل یک است. سیستم شیمیاییبه دیگری. به عنوان مثال، برای واکنش تشکیل ماده B از مواد ولیو از جانب(شکل 7)، طبق قانون هس،

Q 1 \u003d Q 2 + Q 3,

اثر حرارتی تبدیل ماده از آنجا ناشی می شود ولیکه در از جانب

Q 3 \u003d Q 1 - Q 2

3. اگر همان ترکیب شیمیاییسیستم ها به دو طریق به محصولات نهایی مختلف تبدیل می شوند، سپس تفاوت بین مقادیر اثرات حرارتی برابر با گرمای حاصل از تبدیل یک محصول نهایی یک واکنش شیمیایی به دیگری است. بنابراین، هنگامی که از یک ماده تشکیل شده است ولیمواد که درو از جانب(شکل 8)، طبق قانون هس، Q 1 \u003d Q 2 + Q 3، اثر حرارتی انتقال ماده از آنجا ناشی می شود از جانببه ماده که در

Q 3 \u003d Q 1 - Q 2.

در محاسبات ترموشیمیایی دو نوع اثر حرارتی واکنش های شیمیایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است: گرمای تشکیل ترکیبات و گرمای احتراق.

گرمای تشکیل معمولاً اثر گرمایی واکنش تشکیل یک ترکیب معین از مواد ساده مربوطه در شرایط استاندارد نامیده می شود.

برای حالت استاندارد مواد ساده، حالت پایدار آنها در فشاری برابر با یک اتمسفر فیزیکی (760 میلی متر جیوه یا 1.013-10 5 Pa) و دمای 298.15 کلوین گرفته می شود.

به عنوان مثال واکنش تشکیل بنزن است: از مواد در حالت استاندارد - "■ کربن جامد و هیدروژن گازی، بنزن مایع به دست می آید.

تلویزیون 6C + ZN 2 \u003d C 6 H 6g.

زیرنویس های "g" و "s" به ترتیب به فاز مایع و جامد اشاره دارند. شاخص "g" به یک ماده گازی اشاره دارد، اما در معادلات محاسباتی معمولا حذف می شود.

گرمای تشکیل متناظر با شرایط استاندارد استاندارد نامیده می شود. داده های مربوط به گرمای تشکیل، همراه با سایر کمیت های فیزیکی و شیمیایی، در کتاب های مرجع آورده شده است.

از آنجایی که در محاسبات ترمودینامیکی مقادیر مطلق انرژی داخلی و آنتالپی تعیین نمی شود، بلکه تغییر آنها است، پس هنگام تعیین گرمای تشکیل هر ترکیب، منشاء انرژی داخلی یا آنتالپی را می توان خودسرانه انتخاب کرد. بنابراین، به عنوان مثال، در کتاب های مرجع برای مواد ساده مختلف در شرایط استاندارد، آنتالپی صفر فرض می شود. چنین موادی عبارتند از C، H 2، O 2، Cl 2 (g)، F 2 (g) و غیره.

بنابراین، اثر حرارتی تشکیل ترکیبات از این مواد، به عنوان مثال، Q p برابر با آنتالپی ترکیب در شرایط مورد نظر است.

گرمای تشکیل را می توان به هر مقدار از یک ماده اعمال کرد. در کتب مرجع قاعدتاً به 1 کیلومتر مول یا 1 کیلوگرم ترکیب اشاره شده است.

روی میز. 1 مقادیر گرمای تشکیل مواد را برای برخی از ترکیبات شیمیایی رایج نشان می دهد.

گرمای احتراق. احتراق یک دگرگونی شیمیایی پیچیده و سریع است که با انتشار مقدار قابل توجهی گرما و به عنوان یک قاعده درخشش روشن همراه است.

جدول 1. اثرات حرارتی تشکیل ترکیبات از مواد ساده در شرایط استاندارد

ماده			ماده	Q 0 P 298 \u003d ΔH 0 298 10 -6 Jfkmol	Q 0 P 298 \u003d ΔH 0 298 10 -3 Kcalfkmol
C (گرافیت)			C 2 H 4g - اتیلن	52,28	12,492
HG	217,98	52,098	C 2 H 6g - اتان	-84,67	-20,236
H 2g			C 3 H 8g - پروپان	-103,9	-24,820
N 2 گرم			C 6 H vg - بنزن	82,93	19,82
اوگ	429,18	59,56	C 6 H 6g - بنزن	49,04	11,718
OH g	38,96	9,31	C تا H 12g - cyclo-	-123,1	-29,43
OH 2 گرم	0 -		هگزان
	142,3	34,0	C 7 H 8g - تولوئن	50,00	11,95
CO g	-110,5	-26,41	C 7 H 8g - تولوئن	8,08	1,93
CO 2 گرم	-393,51	-94,05	C 10 H 8cr - نفتا	75,44	18,03
CaCO 3 (کلسیت)	-1206	-288,2	لین
CaO (کریستال)	-635,1	-151,8	CH 4 O W - متیلو	-238,7	-57,05
H 2 O G	-241,84	-57,80	الکل
H 2 O w	-285,84	-68,32	CH 4 O G - متیلو	-202,2	-48,09
NH 3 گرم	-46,19	-11,04	الکل
NH 3 w	-69,87	-16,7	C 2 H 6 O F - اتیل -	-277,6	-66,35
نه g	90,37	21,60	الکل
NO 2 گرم	33,89	8,09	C 2 H در Og - اتیل -	-235,3	-56,24
N 2 O g	81,55	19,5	الکل
N 2 O 4r	9,37	2,24	CH 5 N r - متیل -	-28,03	-6,70
N a O 5	(12,5)	(3,06)	آمین
CH 4r - متان	-74,85	-17,889	C 2 H 7 N r - دی متیل -	-27,61	-6,60
QH 2r - استیلن	226,75	54,194	آمین

برنج. 9. طرح "بمب" کالریمتری:

1 - سیلندر؛ 2 - پوشش; 3 - فنجان؛ 4 - مارپیچ

اثر حرارتی یک واکنش احتراق که ارزش حرارتی نامیده می شود معمولاً با روش کالریمتری اندازه گیری می شود.

گرمای احتراق یک ترکیب، اثر حرارتی واکنش اکسیداسیون یک ترکیب معین با اکسیژن برای تشکیل اکسیدهای بالاتر اشباع عناصر مربوطه است. بنابراین، به عنوان مثال، در ترکیبات آلی، که سوخت اصلی در موتورهای حرارتی هستند، کربن اکسید می شود. دی اکسید کربن، هیدروژن - به بخار آب، سایر مواد موجود در ترکیب در مقادیر کم - به محصولات اکسیداسیون نهایی آنها.

گرمای احتراق به طور قابل توجهی تحت تأثیر دما و فشار است. برای اینکه بتوان از گرمای احتراق در نسبت های ترموشیمیایی استفاده کرد، باید آن را به شرایط استاندارد رساند. گرمای احتراق در این حالت استاندارد نامیده می شود. ارزش حرارتی موجود در کتاب راهنما برای تعیین اثرات حرارتی واکنش ها استفاده می شود.

روی انجیر شکل 9 نموداری از یک بمب کالریمتری را نشان می دهد که در آن گرمای احتراق به طور تجربی تعیین می شود. بمب کالریمتری یک استوانه فولادی با دیواره ضخیم 1 است که در داخل با پلاتین پوشیده شده است. پوشش 2 روی سیلندر پیچ می شود و یک فنجان 3 در داخل سیلندر برای وزن کردن ماده آزمایشی در نظر گرفته شده است. داخل سیلندر زیر فشار بالااکسیژن رسانی کند با کمک سیم 4 گرم می شود شوک الکتریکیماده آزمایش را مشتعل کنید. بمب در یک کالریمتر قرار می گیرد که از طریق آن گرمای احتراق ماده مورد مطالعه تعیین می شود. دمای محصولات احتراق به دمای موجود در بمب قبل از احتراق می رسد.

گرمای احتراق ترکیبات آلیکه اغلب ارزش حرارتی سوخت نامیده می شود، مقدار شروع در محاسبه فرآیندهای کاری موتورهای حرارتی است. به عنوان مقدار گرما (بر حسب ژول یا کیلو کالری) آزاد شده در طی احتراق کامل 1 کیلوگرم جرم، 1 متر مکعب حجم یا 1 کیلومتر مول سوخت تعریف می شود.

ارزش حرارتی سوخت، اگر به روشی که در بالا توضیح داده شد تعیین شود، در یک بمب کالریمتری، ارزش حرارتی فرآیند در V = const خواهد بود، یعنی اثر حرارتی Q V خواهد بود.

تفاوت بین ارزش کالری بالاتر و پایین تر سوخت.

ارزش حرارتی بالاتر سوخت QB مقدار کل گرمای آزاد شده در طی احتراق قسمت های قابل احتراق سوخت در شرایط تراکم بخار آب است.

ارزش حرارتی کمتر سوخت QH تفاوت بین مقدار کل گرمای آزاد شده و گرمای نهان تبخیر آب است که هر دو در سوخت به عنوان ناخالصی وجود دارد و از احتراق هیدروژن حاصل می شود.

بالاترین QB و کمترین ارزش حرارتی QH سوخت با این رابطه مرتبط است

-Q h \u003d -Q B + r b (9H + W) \u003d -Q b + 2.512 10 6 (9H + W), Jfkg, (49)

که در آن r b گرمای نهان تبخیر است (برای محاسبات فنی، rb ≈ 2.512 10 6 Jfkg فرض می شود). 9H مقدار بخار آب تولید شده در طی احتراق H (kg) هیدروژن موجود در 1 کیلوگرم سوخت است. W مقدار رطوبت موجود در 1 کیلوگرم سوخت، کیلوگرم است.

در محاسبات فرآیندهای کاری موتورهای احتراق داخلی، ارزش حرارتی خالص به عنوان ارزش حرارتی در نظر گرفته می شود، زیرا محصولات احتراق خارج شده از موتور از طریق سیستم اگزوز معمولاً دارای دمای بالاتر از دمای تراکم بخار آب موجود در آنها هستند. .

روی میز. 2 مقادیر ارزش حرارتی خالص سوخت ها را نشان می دهد.

بر اساس قانون هس و پیامدهای آن، می توان یک معادله ترموشیمیایی برای تعیین اثر حرارتی یک واکنش از طریق اثرات حرارتی تشکیل واکنش دهنده ها ترسیم کرد.

بنابراین، برای مثال، اگر واکنشی وجود داشته باشد bB + dD = eE + gG، که در آن B، D، E، G، b، d، e، g - مواد اولیه و محصولات واکنش

جدول 2

ارزش حرارتی کمتر سوخت ها

سوخت	جرم مولکولی	ارزش کالری خالص
μg، kgfmol	Jfkg 10 -6	kcalfkg
بنزین (ترکیب اولیه بر حسب جرم	110-120	-44,0	-10 500
C = 0.855: H = 0.145)
سوخت دیزل (همکار عنصری	180-200	-42,50	-10 150
با وزن C \u003d 0.870 تبدیل شده است. H = 0.126;
O = 0.004)
نفت سفید نوع T-1		-42,845	-10 230
CH 4g - متان	16,042	-49,80	-11 860
C 3 H 8g - پروپان	44,094	-46,05	-11 000
CH 5 N r - متیلامین	31,058	-31,20	-7 446
CgH 7 H g - اتیلامین	45,084	-35,15	-8 340
CH e N 2) K - متال هیدرازین	46,084	-25,44	-^-6 070
C 2 H 8 N 2) K - دی متیل نامتقارن	60,100	-32,90	-7 850
هیدرازین

و ضرایب استوکیومتری آنها، به ترتیب، سپس اثر حرارتی این واکنش

Q p \u003d (eQ arr + gQ arrG) - (bQ arrB + dQ arr D)

از این رو معادله کلی است

(50)

که در آن Q obrB، Q obrD، Q obrE و Q o 6pG به ترتیب گرمای تشکیل مواد اولیه و محصولات واکنش است. n i - تعداد کیلو مول (از 1 تا t)، متناسب با ضرایب استوکیومتری واکنش دهنده ها.

در نتیجه، اثر حرارتی واکنش برابر با اختلاف بین گرمای تشکیل محصولات واکنش و گرمای تشکیل مواد اولیه است که با ضرایب استوکیومتری مربوطه گرفته می شود.

با کمک قانون هس و پیامدهای آن، در صورت مشخص بودن گرمای احتراق مواد شرکت کننده در واکنش، می توان یک معادله ترموشیمیایی برای محاسبه اثر حرارتی ایجاد کرد.

به طور کلی

یعنی اثر حرارتی واکنش برابر است با تفاوت بین گرمای احتراق مواد اولیه و گرمای احتراق محصولات واکنش (با در نظر گرفتن ضرایب استوکیومتری آنها).

این را می توان با مثال احتراق متیل الکل CH 3 OH نشان داد (شکل 10). گرمای احتراق 1 کیلومتر مول متیل الکل مایع

Q 2sg \u003d - 726.49 10 6 J / kmol؛

مقادیر کالری C در CO 2 و H 2 در H 2 O L به ترتیب

Q "1 c g \u003d -393.51 10 6 J / kmol؛

Q "1 c g \u003d -285.84 10 6 J / kmol؛

Q lc g \u003d -965.19 10 6 J / kmol.

برنج. 10. طرحی برای تعیین گرما اثر در طی احتراق متیل الکل

اجازه دهید معادلات ترموشیمیایی واکنش های احتراق را بنویسیم:

C + O 2 \u003d CO 2 + Q "1 c g.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O F + 2Q "1 c g;

CH 3 OH W + 1.5O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + Q 2.

برای تعیین گرمای تشکیل متیل الکل از معادله C + 2H 2 + 0.5O 2 \u003d CH 3 OH + Q 3 ، دو معادله نوشته شده در بالا را اضافه کنید و سومی را کم کنید. پس از برخی تحولات، ما دریافت می کنیم

C + 2H 2 + 0.5O 2 \u003d CH 3 OH + (Q lcr - Q 2cr)،

با مقایسه دو معادله آخر نتیجه می گیریم که گرمای مورد نظر تشکیل 1 کیلومتر مول متیل الکل مایع

Q 3arb \u003d -238.7 10 6 Jfkmol.

اطلاعات مشابه

ترموشیمی اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی را مطالعه می کند. در بسیاری از موارد، این واکنش ها با حجم ثابت یا فشار ثابت انجام می شود. از قانون اول ترمودینامیک چنین برمی آید که در این شرایط، گرما تابعی از حالت است. در حجم ثابت، گرما برابر با تغییر انرژی داخلی است:

و در فشار ثابت - تغییر در آنتالپی:

این برابری ها، هنگامی که برای واکنش های شیمیایی اعمال می شود، جوهره هستند قانون هس:

اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی که در فشار ثابت یا حجم ثابت انجام می شود به مسیر واکنش بستگی ندارد، بلکه تنها با وضعیت واکنش دهنده ها و محصولات واکنش تعیین می شود.

به عبارت دیگر، اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی برابر با تغییر تابع حالت است.
در ترموشیمی، بر خلاف سایر کاربردهای ترمودینامیک، گرما اگر در محیط آزاد شود، مثبت تلقی می شود. اگر اچ < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение اچ(که به سادگی «آنتالپی واکنش» نامیده می شود) یا Uواکنش ها

اگر واکنش در محلول یا در فاز جامد، جایی که تغییر حجم ناچیز است، ادامه یابد، پس

اچ = U + (pV) U. (3.3)

اگر گازهای ایده آل در واکنش شرکت کنند، در دمای ثابت

اچ = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)

که در آن n تغییر در تعداد مول های گاز در واکنش است.

به منظور تسهیل مقایسه آنتالپی واکنش های مختلف، از مفهوم "حالت استاندارد" استفاده می شود. حالت استاندارد حالت یک ماده خالص در فشار 1 bar (= 10 5 Pa) و دمای معین است.. برای گازها، این یک حالت فرضی در فشار 1 بار است که دارای خواص یک گاز بی نهایت کمیاب است. آنتالپی واکنش بین مواد در حالت استاندارد در یک دما تی، مشخص کن ( rبه معنی "واکنش"). در معادلات ترموشیمیایی، نه تنها فرمول مواد، بلکه حالت های تجمعی یا تغییرات کریستالی آنها نیز مشخص می شود.

پیامدهای مهمی از قانون هس ناشی می شود که محاسبه آنتالپی واکنش های شیمیایی را ممکن می سازد.

نتیجه 1.

برابر است با تفاوت بین آنتالپی های استاندارد تشکیل محصولات واکنش و معرف ها (با در نظر گرفتن ضرایب استوکیومتری):

آنتالپی استاندارد (گرما) تشکیل یک ماده (fبه معنی "تشکیل") در یک دمای معین، آنتالپی واکنش تشکیل یک مول از این ماده است. از عناصردر پایدارترین حالت استاندارد طبق این تعریف، آنتالپی تشکیل پایدارترین مواد ساده در حالت استاندارد در هر دما صفر است. آنتالپی های استاندارد تشکیل مواد در دمای 298 کلوین در کتاب های مرجع آورده شده است.

مفاهیم "آنتالپی تشکیل" نه تنها برای مواد معمولی، بلکه برای یون های موجود در محلول نیز استفاده می شود. در این حالت، یون H + به عنوان نقطه مرجع در نظر گرفته می شود، که برای آن آنتالپی استاندارد تشکیل در یک محلول آبی برابر با صفر در نظر گرفته می شود:

نتیجه 2. آنتالپی استاندارد یک واکنش شیمیایی

برابر است با تفاوت بین آنتالپی احتراق واکنش دهنده ها و محصولات واکنش (با در نظر گرفتن ضرایب استوکیومتری):

(جبه معنی "احتراق"). آنتالپی (گرمای) استاندارد احتراق یک ماده را آنتالپی واکنش اکسیداسیون کامل یک مول از یک ماده می گویند. این پیامد معمولاً برای محاسبه اثرات حرارتی واکنش های آلی استفاده می شود.

نتیجه 3. آنتالپی یک واکنش شیمیایی برابر است با تفاوت بین انرژی پیوندهای شیمیایی شکسته و تشکیل شده.

با انرژی پیوند A-B انرژی لازم برای شکستن پیوند و رقیق کردن ذرات حاصل را تا فاصله بی نهایت نام ببرید:

AB (r) A (r) + B (r) .

انرژی پیوند همیشه مثبت است.

بیشتر داده های ترموشیمیایی در کتابچه های راهنما در دمای 298 کلوین ارائه شده است. برای محاسبه اثرات حرارتی در دماهای دیگر، از معادله کیرشهوف:

(شکل دیفرانسیل) (3.7)

(فرم انتگرال) (3.8)

جایی که Cpتفاوت بین ظرفیت گرمایی ایزوباریک محصولات واکنش و مواد اولیه است. اگر تفاوت تی 2 - تی 1 کوچک است، پس می توانید قبول کنید Cp= ثابت در تفاوت بزرگدما، لازم است از وابستگی به دما استفاده شود Cp(تی) نوع:

که در آن ضرایب آ, ب, جو غیره. برای مواد جداگانه، آنها از کتاب مرجع گرفته می شوند و علامت تفاوت بین محصولات و معرف ها (با در نظر گرفتن ضرایب) را نشان می دهد.

مثال ها

مثال 3-1.آنتالپی استاندارد تشکیل آب مایع و گاز در 298 کلوین به ترتیب 8/285- و 8/241- کیلوژول بر مول است. آنتالپی تبخیر آب را در این دما محاسبه کنید.

راه حل. آنتالپی های تشکیل با واکنش های زیر مطابقت دارند:

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g)، اچ 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g)، اچ 2 0 = -241.8.

واکنش دوم را می توان در دو مرحله انجام داد: ابتدا هیدروژن را بسوزانید تا آب مایع مطابق واکنش اول تشکیل شود و سپس آب را تبخیر کنید.

H 2 O (g) \u003d H 2 O (g)، اچ 0 اسپانیایی = ?

سپس طبق قانون هس،

اچ 1 0 + اچ 0 اسپانیایی = اچ 2 0 ,

جایی که اچ 0 اسپانیایی \u003d -241.8 - (-285.8) \u003d 44.0 کیلوژول در مول.

پاسخ. 44.0 کیلوژول بر مول.

مثال 3-2.آنتالپی واکنش را محاسبه کنید

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

الف) با توجه به آنتالپی تشکیل؛ ب) با اتصال انرژی ها، با فرض ثابت بودن پیوندهای دوگانه در مولکول C 6 H 6.

راه حل. الف) آنتالپی های تشکیل (بر حسب kJ/mol) در کتاب راهنما یافت می شوند (به عنوان مثال P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15): f H 0 (C 6 H 6 (g)) = 82.93، f H 0 (C (g)) = 716.68، f H 0 (H (g)) = 217.97. آنتالپی واکنش عبارت است از:

rH 0 \u003d 82.93 - 6 716.68 - 6 217.97 \u003d -5525 kJ / mol.

ب) در این واکنش پیوندهای شیمیایینمی شکنند، بلکه فقط شکل می گیرند. در تقریب پیوند دوگانه ثابت، یک مولکول C 6 H 6 حاوی 6 پیوند C-H، 3 پیوند C-C و 3 پیوند C=C است. انرژی های پیوند (به کیلوژول بر مول) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, p. C7): E(C-H) = 412، E(C-C) = 348، E(C=C) = 612. آنتالپی واکنش عبارت است از:

rH 0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 کیلوژول / مول.

تفاوت با نتیجه دقیق -5525 کیلوژول بر مول به این دلیل است که در مولکول بنزن پیوندهای منفرد C-C و پیوندهای دوگانه C=C وجود ندارد، اما 6 پیوند آروماتیک C C وجود دارد.

پاسخ. الف) -5525 کیلوژول بر مول؛ ب) -5352 کیلوژول بر مول.

مثال 3-3.با استفاده از داده های مرجع، آنتالپی واکنش را محاسبه کنید

3Cu (tv) + 8HNO 3 (aq) = 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

راه حل. معادله مختصر واکنش یونی به صورت زیر است:

3Cu (tv) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

طبق قانون هس، آنتالپی واکنش عبارت است از:

rH 0 = 4f H 0 (H 2 O (l)) + 2 f H 0 (NO(g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H 0 (NO 3 - (aq))

(آنتالپی تشکیل مس و یون H + طبق تعریف 0 است). با جایگزینی آنتالپی های تشکیل (P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15) متوجه می شویم:

rH 0 = 4 (285.8-) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) = -358.4 کیلوژول

(بر اساس سه مول مس).

پاسخ. -358.4 کیلوژول.

مثال 3-4.آنتالپی احتراق متان را در 1000 کلوین محاسبه کنید اگر آنتالپی های تشکیل در 298 کلوین داده شوند: f H 0 (CH 4) \u003d -17.9 کیلو کالری در مول، f H 0 (CO 2) \u003d -94.1 کیلو کالری در مول، f H 0 (H 2 O (g)) = -57.8 کیلو کالری / مول. ظرفیت گرمایی گازها (بر حسب cal/(mol. K)) در محدوده 298 تا 1000 K عبارتند از:

C p (CH 4) = 3.422 + 0.0178. تی, Cp(O 2) = 6.095 + 0.0033. تی,

C p (CO 2) \u003d 6.396 + 0.0102. تی, Cp(H 2 O (g)) = 7.188 + 0.0024. تی.

راه حل. آنتالپی واکنش احتراق متان

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

در 298 K است:

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) = -191.8 kcal/mol.

اجازه دهید تفاوت ظرفیت گرمایی را به عنوان تابعی از دما پیدا کنیم:

Cp = Cp(CO2) + 2 Cp(H 2 O (g)) - Cp(CH 4) - 2 Cp(O2) =
= 5.16 - 0.0094تی(کال / (مول K)).

ما آنتالپی واکنش را در 1000 K با استفاده از معادله Kirchhoff محاسبه می کنیم:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 کالری در مول.

پاسخ. -192.5 کیلو کالری در مول.

وظایف

3-1. چه مقدار گرما برای انتقال 500 گرم Al (mp. 658 o C, اچ 0 pl \u003d 92.4 کالری در گرم)، در دمای اتاق، به حالت مذاب گرفته شود، اگر Cp(Al TV) \u003d 0.183 + 1.096 10 -4 تی cal/(g K)

3-2. آنتالپی استاندارد واکنش CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g) که در یک ظرف باز در دمای 1000 K انجام می شود ، 169 کیلوژول در مول است. گرمای این واکنش، در همان دما، اما در یک ظرف بسته، چقدر است؟

3-3. انرژی داخلی استاندارد تشکیل بنزن مایع را در 298 کلوین محاسبه کنید اگر آنتالپی استاندارد تشکیل آن 49.0 کیلوژول بر مول باشد.

3-4. آنتالپی تشکیل N 2 O 5 (g) را در آن محاسبه کنید تی= 298 K بر اساس داده های زیر:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g)، اچ 1 0 \u003d -114.2 کیلوژول بر مول،

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g)، اچ 2 0 \u003d -110.2 کیلوژول بر مول،

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g)، اچ 3 0 = 182.6 کیلوژول بر مول.

3-5. آنتالپی احتراق گلوکز، فروکتوز و ساکارز در دمای 25 درجه سانتیگراد 2802- است.
2810- و 5644- کیلوژول بر مول به ترتیب. گرمای هیدرولیز ساکارز را محاسبه کنید.

3-6. آنتالپی تشکیل دی بوران B 2 H 6 (g) را در تعیین کنید تی= 298 K از داده های زیر:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g) اچ 1 0 \u003d -2035.6 کیلوژول در مول،

2B (تلویزیون) + 3/2 O 2 (گرم) \u003d B 2 O 3 (تلویزیون)، اچ 2 0 \u003d -1273.5 کیلوژول بر مول،

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g)، اچ 3 0 \u003d -241.8 کیلوژول / مول.

3-7. گرمای تشکیل سولفات روی از مواد ساده را محاسبه کنید تی= 298 K بر اساس داده های زیر.

اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی یا تغییر در آنتالپی سیستم به دلیل وقوع یک واکنش شیمیایی، مقدار گرمای مربوط به تغییر متغیر شیمیایی دریافتی توسط سیستمی است که در آن واکنش شیمیایی انجام شده است و محصولات واکنش دمای واکنش دهنده ها را اندازه گرفتند.

· واکنش باید یا با حجم ثابت Qv (فرایند ایزوکوریک) یا با فشار ثابت Q p (فرایند همبار) انجام شود.

· هیچ کاری در سیستم انجام نمی شود، به جز کار بسط ممکن با P = const.

اگر واکنش در شرایط استاندارد در T \u003d 298.15 K \u003d 25 ° C و P \u003d 1 atm \u003d 101325 Pa انجام شود، اثر حرارتی اثر حرارتی استاندارد واکنش یا آنتالپی استاندارد واکنش نامیده می شود. ΔH r O. در ترموشیمی، اثر حرارتی استاندارد یک واکنش با استفاده از آنتالپی های استاندارد تشکیل محاسبه می شود.

آنتالپی استاندارد تشکیل (گرمای استاندارد تشکیل)

به عنوان مثال، آنتالپی استاندارد تشکیل 1 مول متان از کربن و هیدروژن برابر با گرمای واکنش است:

C (tv) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol.

آنتالپی استاندارد تشکیل ΔH f O نشان داده شده است. در اینجا شاخص f به معنای شکل گیری (آموزش) است و دایره خط خورده، شبیه یک دیسک Plimsol، به این معنی است که مقدار به حالت استاندارد ماده اشاره دارد. در ادبیات، نام دیگری برای آنتالپی استاندارد اغلب یافت می شود - ΔH 298.15 0، که در آن 0 نشان دهنده برابری فشار به یک اتمسفر (یا به طور دقیق تر، شرایط استاندارد) است و 298.15 دما است. گاهی اوقات از شاخص 0 برای کمیت های مربوط به یک ماده خالص استفاده می شود و تصریح می کند که تعیین کمیت های ترمودینامیکی استاندارد با آن تنها زمانی امکان پذیر است که ماده خالص به عنوان حالت استاندارد انتخاب شود. استاندارد را نیز می توان به عنوان مثال وضعیت یک ماده در محلول بسیار رقیق در نظر گرفت. "دیسک Plimsol" در این مورد به معنای وضعیت استاندارد واقعی ماده، صرف نظر از انتخاب آن است.

آنتالپی تشکیل مواد ساده برابر با صفر در نظر گرفته می شود و مقدار صفر آنتالپی تشکیل به حالت تجمع اشاره دارد که در T = 298 K پایدار است. به عنوان مثال، برای ید در حالت کریستالی ΔH I2( s) 0 = 0 kJ/mol، و برای ید مایع ΔH I2 (g) 0 = 22 kJ/mol. آنتالپی تشکیل مواد ساده در شرایط استاندارد، ویژگی اصلی انرژی آنهاست.

واکنش ΔH O = ΣΔH f O (محصولات) - ΣΔH f O (معرفها)

اثرات ترموشیمیایی را می توان در واکنش های شیمیایی گنجاند. معادلات شیمیایی که در آنها مقدار گرمای آزاد شده یا جذب شده نشان داده می شود، معادلات ترموشیمیایی نامیده می شوند. واکنش هایی که با انتشار گرما در محیط همراه هستند، اثر حرارتی منفی دارند و گرمازا نامیده می شوند. واکنش هایی که با جذب گرما همراه هستند اثر حرارتی مثبت دارند و گرماگیر نامیده می شوند. اثر حرارتی معمولاً به یک مول از ماده اولیه واکنش داده شده اشاره دارد که ضریب استوکیومتری آن حداکثر است.

وابستگی دمایی اثر حرارتی (آنتالپی) واکنش

آنتالپی استاندارد احتراق ΔHhor است، اثر حرارتی واکنش احتراق یک مول از یک ماده در اکسیژن برای تشکیل اکسیدهایی در بالاترین حالت اکسیداسیون. گرمای احتراق مواد غیر قابل احتراق صفر در نظر گرفته شده است.

آنتالپی استاندارد انحلال محلول ΔH است، اثر حرارتی فرآیند انحلال 1 مول از یک ماده در مقدار بی نهایت زیادی حلال. شامل گرمای تخریب شبکه کریستالی و گرمای هیدراتاسیون (یا گرمای حلالیت برای محلول های غیر آبی) است که در نتیجه برهمکنش مولکول های حلال با مولکول ها یا یون های حل شونده آزاد می شود تا ترکیبات متغیر را تشکیل دهد. ترکیب - هیدرات ها (محلول ها). تخریب شبکه کریستالی، به عنوان یک قاعده، یک فرآیند گرماگیر است - ΔH sol > 0، و هیدراتاسیون یون ها گرمازا، ΔH hydr است.< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH реш и ΔH гидр энтальпия растворения может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Так растворение кристаллического гидроксида калия сопровождается выделением тепла:

ΔH محلولKOH o \u003d ΔH sol o + ΔH hydrK + o + ΔH hydroOH - o \u003d -59 کیلوژول / مول

آنتالپی هیدراتاسیون - ΔH hydr، به گرمایی اطلاق می شود که در طول انتقال 1 مول یون از خلاء به محلول آزاد می شود.

آنتالپی خنثی سازی استاندارد - آنتالپی خنثی سازی ΔH از واکنش برهمکنش اسیدها و بازهای قوی با تشکیل 1 مول آب در شرایط استاندارد:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H + + OH - \u003d H 2 O، ΔH خنثی ° \u003d -55.9 کیلوژول / مول

آنتالپی خاصیتی از ماده است که میزان انرژی قابل تبدیل به گرما را نشان می دهد.

آنتالپی است خاصیت ترمودینامیکیماده ای که سطح انرژی ذخیره شده در ساختار مولکولی آن را نشان می دهد. این بدان معناست که در حالی که ماده می تواند بر اساس دما و فشار انرژی داشته باشد، نمی توان همه آن را به گرما تبدیل کرد. بخشی از انرژی درونی همیشه در ماده باقی می ماند و ساختار مولکولی آن را حفظ می کند. زمانی که دمای یک ماده به دما نزدیک شود، بخشی از انرژی جنبشی یک ماده در دسترس نیست محیط. بنابراین، آنتالپی مقدار انرژی است که برای تبدیل به گرما در دما و فشار معین در دسترس است. واحدهای آنتالپی واحد حرارتی بریتانیا یا ژول برای انرژی و Btu/lbm یا J/kg برای انرژی ویژه هستند.

مقدار آنتالپی

مقدار آنتالپی یک ماده بر اساس دمای داده شده آن است. این دما مقداری است که توسط دانشمندان و مهندسان به عنوان مبنای محاسبات انتخاب شده است. این دمایی است که در آن آنتالپی یک ماده صفر است. این دما برای مواد مختلف متفاوت است. مثلا، دمای داده شدهآب نقطه سه گانه (0 درجه سانتیگراد)، نیتروژن -150 درجه سانتیگراد و مبردهای مبتنی بر متان و اتان -40 درجه سانتیگراد است.

اگر دمای یک ماده بالاتر از دمای داده شده خود باشد یا در دمای معین به حالت گازی تغییر کند، آنتالپی به صورت یک عدد مثبت بیان می شود. برعکس، در دمای کمتر از آنتالپی معین یک ماده به عنوان یک عدد منفی بیان می شود. آنتالپی در محاسبات برای تعیین تفاوت سطوح انرژی بین دو حالت استفاده می شود. این برای راه اندازی تجهیزات و تعیین کارایی فرآیند ضروری است.

آنتالپی اغلب به عنوان انرژی کل یک ماده تعریف می شود، زیرا برابر است با مجموع انرژی داخلی آن (u) در یک حالت معین، همراه با توانایی آن برای انجام کار (pv). اما در واقعیت، آنتالپی انرژی کل یک ماده را در دمای معین بالاتر از صفر مطلق (273- درجه سانتیگراد) نشان نمی دهد. بنابراین، به جای تعریف آنتالپی به عنوان گرمای کل یک ماده، دقیق تر است که آن را به عنوان مقدار کل انرژی موجود یک ماده که می تواند به گرما تبدیل شود، تعریف کنیم.
H=U+pV

قانون هس: اثر حرارتی شیمی. p-tion فقط به حالت اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد و به فواصل آن بستگی ندارد. ایالت ها. G. h. بیانی از قانون بقای انرژی برای سیستم هایی است که در آنها شیمی. با این حال، p-tion و نتیجه قانون اول ترمودینامیک زودتر از قانون اول فرموله شد. برای مناطقی که با حجم ثابت یا فشار ثابت جریان دارند معتبر است. برای اولی، اثر حرارتی برابر با تغییر ext است. انرژی سیستم ناشی از مواد شیمیایی p-tion، برای دوم، تغییر در آنتالپی. برای محاسبه اثرات حرارتی مناطق، از جمله. عملا غیر عملی است، یک سیستم ترموشیمیایی را تشکیل می دهد. ur-tions، to-rye ur-tions از p-tion ها هستند که همراه با اثرات حرارتی مربوطه در یک t-re معین ثبت می شوند. در این مورد، نشان دادن وضعیت تجمع مواد واکنش دهنده مهم است، زیرا بزرگی اثر حرارتی منطقه به این بستگی دارد.

سیستم ترموشیمیایی ur-tions را می توان با کار کردن با f-lams در داخل، که در حالت های یکسان هستند، مانند اعضای معمولی تشک حل کرد. ur-tion.

یک واکنش شیمیایی شامل شکستن یکی و تشکیل پیوندهای دیگر است، بنابراین با آزاد شدن یا جذب انرژی به شکل گرما، نور و کار انبساط گازهای تشکیل شده همراه است.

بر اساس آزاد شدن یا جذب گرما، واکنش ها به گرماده و گرماگیر تقسیم می شوند.

واکنش گرمازا یک واکنش شیمیایی است که در آن گرما آزاد می شود.

مثلاً در واکنش احتراق متان

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

گرمای زیادی آزاد می شود که متان به عنوان سوخت استفاده می شود.

این واقعیت که گرما در این واکنش آزاد می شود را می توان در معادله واکنش منعکس کرد:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g) + س

این به اصطلاح معادله ترموشیمیایی است. در اینجا نماد "+ س"به این معنی است که وقتی متان می سوزد گرما آزاد می شود. این گرما را گرمای واکنش می گویند.

معادله واکنش ترموشیمیایی - معادله واکنشی که شامل اثر حرارتی واکنش است که بر اساس مقدار ماده داده شده توسط ضرایب این معادله محاسبه می شود.

واکنش گرماگیر یک واکنش شیمیایی است که در آن گرما جذب می شود.

اثر حرارتی چنین واکنش هایی منفی است.

مثلا:

CaCO 3 (cr) \u003d CaO (cr) + CO 2 (g) - Q،

2HgO (cr) \u003d 2Hg (g) + O 2 (g) - Q،

2AgBr (cr) \u003d 2Ag (cr) + Br 2 (g) - Q.

همراه با اثر حرارتی، فرآیندهای ترموشیمیایی اغلب با تفاوت در آنتالپی ∆H محصولات واکنش و مواد اولیه مشخص می‌شوند.

آنتالپی H یک خاصیت خاص یک ماده است، این معیار انرژی انباشته شده توسط یک ماده در طول تشکیل آن است.

فرآیندهایی که در فشار ثابت اتفاق می‌افتند بسیار رایج‌تر از فرآیندهایی هستند که در حجم ثابت اتفاق می‌افتند، زیرا بیشتر آنها در ظروف باز انجام می‌شوند. ثابت شده است که در فرآیندهای شیمیایی که در فشار ثابت اتفاق می‌افتند، گرمای آزاد شده (یا جذب شده) معیاری برای کاهش (یا افزایش، به ترتیب) آنتالپی ΔH واکنش است.

در واکنش های گرمازا، هنگامی که گرما آزاد می شود، ΔН منفی است. در واکنش های گرماگیر (گرما جذب می شود) و ΔH مثبت است.

معادلات ترموشیمیایی

در مراحل اولیه مطالعه شیمی، اغلب از نامی استفاده می‌کردید که از نظر قدر مطلق مساوی و در علامت مخالف بود، به عنوان مثال:

که در آن Q مقدار گرمای آزاد شده است. اگر از آنتالپی (مشخصه محتوای انرژی سیستم) استفاده کنیم، این معادله باید متفاوت نوشته شود:

جداول مرجع معمولاً مقادیر Q را ارائه نمی دهند، بلکه مقادیر ΔH را که تحت شرایط خاص اندازه گیری می شوند (اغلب در 298 K) ارائه می دهند. آنها با ∆H 0 نشان داده می شوند.

گرمای تشکیل ترکیبات شیمیایی.

گرمای تشکیل یک ترکیب مقدار گرمایی است که در هنگام تشکیل یک مول از یک ترکیب شیمیایی از مواد ساده در شرایط استاندارد آزاد یا جذب می شود (p \u003d 10 5 Pa, T \u003d 298 K).

اثرات حرارتی یک واکنش شیمیایی قوانین اساسی ترموشیمی

مقدار گرمایی که در نتیجه واکنش بین مقادیر معینی از واکنش دهنده ها آزاد یا جذب می شود، اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی نامیده می شود و معمولاً با نماد Q نشان داده می شود.

بر حسب kJ/mol اندازه گیری می شود. بر اساس این تعریف، گرمای تشکیل یک ماده ساده در شرایط استاندارد 0 است.

گرمای احتراق یک ماده اثر حرارتی احتراق 1 مول از این ماده است.

تغییر آنتالپی ∆Н بستگی به فشار و دما دارد. بنابراین، به منظور تسهیل مقایسه داده های ترموشیمیایی برای واکنش های مختلف، شرایط (شرایط) استاندارد خاصی اتخاذ شده است.

هنگام نوشتن معادلات ترموشیمیایی، جامد، مایع و گاز لزوماً به ترتیب با نمادهای (tv)، (g) و (d) نشان داده می شوند، زیرا تغییر در آنتالپی به وضعیت تجمع مواد واکنش دهنده و محصولات واکنش بستگی دارد.

شرایط استاندارد:

برای گاز - وضعیت گاز خالص در 10 5 Pa.

برای یک مایع - حالت یک مایع خالص در 10 5 Pa.

برای یک جامد، پایدارترین حالت کریستالی در فشار 10 5 Pa، به عنوان مثال، گرافیت برای کربن، گوگرد لوزی برای گوگرد، و غیره.

حالت استاندارد همیشه به 298 K اشاره دارد.

به عنوان مثال، معادله ترموشیمیایی برای تشکیل آب از هیدروژن و اکسیژن به صورت زیر نوشته شده است:
مقدار 286 کیلوژول گرمای تشکیل آب در شرایط استاندارد است و به این معنی است که در هنگام تشکیل 1 مول آب 286 کیلوژول گرما آزاد می شود: توجه داشته باشید که مقدار گرمای تشکیل آب گازی قبلاً متفاوت خواهد بود.