Puhutaanpa siitä, mikä on muodostumislämpö, ja määritellään myös ehdot, joita kutsutaan standardeiksi. Ymmärtääksemme tämän ongelman, selvitämme erot yksinkertaisten ja monimutkaisten aineiden välillä. "Muotoilulämmön" käsitteen vahvistamiseksi harkitse erityisiä kemiallisia yhtälöitä.
Aineiden muodostumisen standardientalpia
Hiilen vuorovaikutuksessa kaasumaisen vedyn kanssa vapautuu 76 kJ energiaa. Tässä tapauksessa tämä luku on kemiallisen reaktion lämpövaikutus. Mutta tämä on myös metaanimolekyylin muodostumislämpöä yksinkertaisista aineista. "Miksi?" - kysyt. Tämä johtuu siitä, että alkuperäiset komponentit olivat hiili ja vety. 76 kJ / mol on energia, jota kemistit kutsuvat "muodostumislämmöksi".
Tietotaulukot
Lämpökemiassa on lukuisia taulukoita, jotka osoittavat erilaisten kemikaalien muodostumislämpöt yksinkertaisista aineista. Esimerkiksi aineen, jonka kaava on CO2, muodostumislämpö kaasumaisessa tilassasen indeksi on 393,5 kJ/mol.
Käytännön arvo
Mihin tarvitsemme näitä arvoja? Muodostumislämpö on arvo, jota käytetään laskettaessa minkä tahansa kemiallisen prosessin lämpövaikutusta. Tällaisten laskelmien suorittaminen edellyttää lämpökemian lain soveltamista.
Termokemia
Hän on peruslaki, joka selittää kemiallisen reaktion prosessissa havaitut energiaprosessit. Vuorovaikutuksen aikana reagoivassa järjestelmässä havaitaan kvalitatiivisia muutoksia. Jotkut aineet katoavat, tilalle ilmestyy uusia komponentteja. Tällaiseen prosessiin liittyy sisäisen energiajärjestelmän muutos, joka ilmenee työn tai lämmön muodossa. Laajentamiseen liittyvällä työllä on kemiallisten muutosten vähimmäisindikaattori. Lämpö, joka vapautuu yhden komponentin muuttuessa toiseksi aineeksi, voi olla suuri.
Jos tarkastelemme erilaisia muunnoksia, melkein kaikissa tapahtuu tietty määrä lämpöä imeytyy tai vapautuu. Tapahtuvien ilmiöiden selittämiseksi luotiin erityinen osio - lämpökemia.
Hessin laki
Termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön ansiosta tuli mahdolliseksi laskea lämpövaikutus kemiallisen reaktion olosuhteista riippuen. Laskelmat perustuvat lämpökemian peruslakiin, nimittäin Hessin lakiin. Annamme sen formulaation: kemiallisen muutoksen lämpövaikutusliittyy aineen luontoon, alku- ja lopputilaan, se ei liity tapaan, jolla vuorovaikutus suoritetaan.
Mitä tästä sanamuodosta seuraa? Tietyn tuotteen saamisen tapauksessa ei tarvitse käyttää vain yhtä vuorovaikutusvaihtoehtoa, reaktio voidaan suorittaa monin eri tavoin. Joka tapauksessa, riippumatta siitä, kuinka saat halutun aineen, prosessin lämpövaikutus on sama arvo. Sen määrittämiseksi on tarpeen laskea yhteen kaikkien välimuunnosten lämpövaikutukset. Hessin lain ansiosta tuli mahdolliseksi suorittaa lämpövaikutusten numeeristen indikaattoreiden laskelmia, joita ei voida suorittaa kalorimetrissä. Esimerkiksi hiilimonoksidiaineen muodostumislämpö lasketaan kvantitatiivisesti Hessin lain mukaan, mutta sitä ei voi määrittää tavallisilla kokeilla. Siksi erityiset termokemialliset taulukot ovat niin tärkeitä, joihin syötetään lukuarvoja eri aineille, jotka on määritetty standardiolosuhteissa
Tärkeitä kohtia laskelmissa
Koska muodostumislämpö on reaktion lämpövaikutus, kyseessä olevan aineen aggregaatiotila on erityisen tärkeä. Esimerkiksi mittauksia tehtäessä on tapana pitää grafiittia timantin sijaan hiilen vakiotilana. Myös paine ja lämpötila otetaan huomioon, eli olosuhteet, joissa reagoivat komponentit alun perin sijaitsivat. Nämä fysikaaliset suureet voivat vaikuttaa merkittävästi vuorovaikutukseen, lisätä tai vähentää energia-arvoa. Peruslaskelmia vartenlämpökemiassa on tapana käyttää erityisiä paineen ja lämpötilan indikaattoreita.
Vakioehdot
Koska aineen muodostumislämpö on energiavaikutuksen suuruuden määritys standardiolosuhteissa, erottelemme ne erikseen. Laskelmien lämpötilaksi valitaan 298 K (25 celsiusastetta), paine - 1 ilmakehä. Lisäksi tärkeä seikka, johon kannattaa kiinnittää huomiota, on se, että minkä tahansa yksinkertaisen aineen muodostumislämpö on nolla. Tämä on loogista, koska yksinkertaiset aineet eivät muodostu itsestään, eli niiden muodostumiseen ei kulu energiaa.
Lämpökemian elementit
Tämä modernin kemian osa on erityisen tärkeä, koska siellä tehdään tärkeitä laskelmia ja saadaan erityisiä tuloksia, joita käytetään lämpövoimatekniikassa. Termokemiassa on monia käsitteitä ja termejä, joita on tärkeää käyttää haluttujen tulosten saavuttamiseksi. Entalpia (ΔH) osoittaa, että kemiallinen vuorovaikutus tapahtui suljetussa järjestelmässä, muut reagenssit eivät vaikuttaneet reaktioon, paine oli vakio. Tämän selvennyksen avulla voimme puhua suoritettujen laskelmien tarkkuudesta.
Riippuen siitä, millaista reaktiota tarkastellaan, tuloksena olevan lämpövaikutuksen suuruus ja merkki voivat vaihdella merkittävästi. Joten kaikissa muunnoksissa, jotka sisältävät yhden monimutkaisen aineen hajoamisen useiksi yksinkertaisemmiksi komponenteiksi, oletetaan lämmön absorptio. Monien lähtöaineiden yhdistämisen yhdeksi monimutkaisemmaksi tuotteeksi reaktioihin liittyyvapauttaa huomattavan määrän energiaa.
Johtopäätös
Mitä tahansa termokemiallista ongelmaa ratkaistaessa käytetään samaa toiminta-algoritmia. Ensinnäkin taulukon mukaan jokaiselle alkukomponentille, samoin kuin reaktiotuotteille, määritetään muodostumislämmön arvo, unohtamatta aggregaatiotilaa. Lisäksi he muodostavat yhtälön halutun arvon määrittämiseksi Hessin lain avulla.
Erityistä huomiota tulee kiinnittää stereokemiallisten kertoimien huomioimiseen, jotka ovat tietyn yhtälön alku- tai loppuaineiden edessä. Jos reaktiossa on yksinkertaisia aineita, niiden standardimuodostuslämmöt ovat nolla, eli tällaiset komponentit eivät vaikuta laskelmissa saatuun tulokseen. Yritetään käyttää saatua tietoa tiettyyn reaktioon. Jos otamme esimerkkinä prosessin, jossa puhdas metalli muodostuu rautaoksidista (Fe3+) vuorovaikutuksessa grafiitin kanssa, niin hakuteoksesta löydät arvot normaalista muodostumislämmöstä. Rautaoksidin (Fe3+) se on –822,1 kJ/mol, grafiitilla (yksinkertainen aine) se on nolla. Reaktion seurauksena muodostuu hiilimonoksidia (CO), jolle tämän indikaattorin arvo on 110,5 kJ / mol, ja vapautuneelle raudalle muodostumislämpö vastaa nollaa. Tietyn kemiallisen vuorovaikutuksen standardimuodostumislämmön tallenne on kuvattu seuraavasti:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
AnalysoidaanHessin lain mukaan saadusta numeerisesta tuloksesta voimme tehdä loogisen johtopäätöksen, että tämä prosessi on endoterminen muunnos, eli siihen liittyy energiankulutus raudan pelkistysreaktioon sen kolmiarvoisesta oksidista.
