Ας μιλήσουμε για το τι είναι η θερμότητα σχηματισμού και επίσης να ορίσουμε εκείνες τις συνθήκες που ονομάζονται τυπικές. Για να κατανοήσουμε αυτό το ζήτημα, θα ανακαλύψουμε τις διαφορές μεταξύ απλών και πολύπλοκων ουσιών. Για να εδραιώσετε την έννοια της "θερμότητας σχηματισμού", εξετάστε συγκεκριμένες χημικές εξισώσεις.
Τυπική ενθαλπία σχηματισμού ουσιών
Στην αντίδραση της αλληλεπίδρασης του άνθρακα με το αέριο υδρογόνο, απελευθερώνονται 76 kJ ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, αυτός ο αριθμός είναι η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης. Αλλά αυτή είναι και η θερμότητα σχηματισμού ενός μορίου μεθανίου από απλές ουσίες. "Γιατί?" - εσύ ρωτάς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα αρχικά συστατικά ήταν άνθρακας και υδρογόνο. 76 kJ / mol θα είναι η ενέργεια που οι χημικοί αποκαλούν "θερμότητα σχηματισμού".
Πίνακες δεδομένων
Στη θερμοχημεία, υπάρχουν πολυάριθμοι πίνακες που υποδεικνύουν τις θερμότητες σχηματισμού διαφόρων χημικών ουσιών από απλές ουσίες. Για παράδειγμα, η θερμότητα σχηματισμού μιας ουσίας της οποίας ο τύπος είναι CO2, σε αέρια κατάστασηέχει δείκτη 393,5 kJ/mol.
Πρακτική αξία
Γιατί χρειαζόμαστε αυτές τις τιμές; Η θερμότητα σχηματισμού είναι μια τιμή που χρησιμοποιείται κατά τον υπολογισμό της επίδρασης θερμότητας οποιασδήποτε χημικής διαδικασίας. Για να γίνουν τέτοιοι υπολογισμοί, απαιτείται η εφαρμογή του νόμου της θερμοχημείας.
Θερμοχημεία
Είναι ο βασικός νόμος που εξηγεί τις ενεργειακές διεργασίες που παρατηρούνται στη διαδικασία μιας χημικής αντίδρασης. Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, παρατηρούνται ποιοτικοί μετασχηματισμοί στο σύστημα αντίδρασης. Κάποιες ουσίες εξαφανίζονται, αντ' αυτού εμφανίζονται νέα συστατικά. Μια τέτοια διαδικασία συνοδεύεται από μια αλλαγή στο εσωτερικό ενεργειακό σύστημα, η οποία εκδηλώνεται με τη μορφή εργασίας ή θερμότητας. Η εργασία που σχετίζεται με την επέκταση έχει έναν ελάχιστο δείκτη για χημικούς μετασχηματισμούς. Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη μετατροπή ενός συστατικού σε άλλη ουσία μπορεί να είναι μεγάλη.
Αν λάβουμε υπόψη μια ποικιλία μετασχηματισμών, σχεδόν για όλους υπάρχει απορρόφηση ή απελευθέρωση ορισμένης ποσότητας θερμότητας. Για να εξηγηθούν τα φαινόμενα που συμβαίνουν, δημιουργήθηκε μια ειδική ενότητα - θερμοχημεία.
Νόμος του Hess
Χάρη στον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, κατέστη δυνατός ο υπολογισμός της θερμικής επίδρασης ανάλογα με τις συνθήκες μιας χημικής αντίδρασης. Οι υπολογισμοί βασίζονται στον βασικό νόμο της θερμοχημείας, δηλαδή στον νόμο Hess. Δίνουμε τη διατύπωσή του: τη θερμική επίδραση ενός χημικού μετασχηματισμούσχετίζεται με τη φύση, την αρχική και την τελική κατάσταση της ύλης, δεν σχετίζεται με τον τρόπο που διεξάγεται η αλληλεπίδραση.
Τι προκύπτει από αυτή τη διατύπωση; Στην περίπτωση απόκτησης ενός συγκεκριμένου προϊόντος, δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε μόνο μία επιλογή αλληλεπίδρασης, είναι δυνατή η διεξαγωγή της αντίδρασης με διάφορους τρόπους. Σε κάθε περίπτωση, ανεξάρτητα από το πώς θα αποκτήσετε την επιθυμητή ουσία, το θερμικό αποτέλεσμα της διαδικασίας θα έχει την ίδια τιμή. Για τον προσδιορισμό του, είναι απαραίτητο να συνοψιστούν τα θερμικά αποτελέσματα όλων των ενδιάμεσων μετασχηματισμών. Χάρη στο νόμο του Hess, κατέστη δυνατός ο υπολογισμός των αριθμητικών δεικτών των θερμικών επιδράσεων, κάτι που είναι αδύνατο να πραγματοποιηθεί σε θερμιδόμετρο. Για παράδειγμα, ποσοτικά η θερμότητα σχηματισμού της ουσίας μονοξειδίου του άνθρακα υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο του Hess, αλλά δεν θα μπορείτε να την προσδιορίσετε με συνηθισμένα πειράματα. Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικοί οι ειδικοί θερμοχημικοί πίνακες, στους οποίους εισάγονται αριθμητικές τιμές για διάφορες ουσίες, που προσδιορίζονται υπό τυπικές συνθήκες
Σημαντικά σημεία στους υπολογισμούς
Δεδομένου ότι η θερμότητα σχηματισμού είναι η θερμική επίδραση της αντίδρασης, η κατάσταση συσσωμάτωσης της εν λόγω ουσίας έχει ιδιαίτερη σημασία. Για παράδειγμα, όταν κάνετε μετρήσεις, συνηθίζεται να θεωρείται ο γραφίτης και όχι το διαμάντι ως η τυπική κατάσταση του άνθρακα. Λαμβάνονται επίσης υπόψη η πίεση και η θερμοκρασία, δηλαδή οι συνθήκες στις οποίες βρίσκονταν αρχικά τα αντιδρώντα συστατικά. Αυτά τα φυσικά μεγέθη μπορούν να έχουν σημαντική επίδραση στην αλληλεπίδραση, να αυξήσουν ή να μειώσουν την ενεργειακή αξία. Για βασικούς υπολογισμούς,θερμοχημεία, συνηθίζεται να χρησιμοποιούνται συγκεκριμένοι δείκτες πίεσης και θερμοκρασίας.
Τυπικές συνθήκες
Δεδομένου ότι η θερμότητα σχηματισμού μιας ουσίας είναι ο προσδιορισμός του μεγέθους της ενεργειακής επίδρασης υπό τυπικές συνθήκες, θα τις ξεχωρίσουμε ξεχωριστά. Η θερμοκρασία για τους υπολογισμούς επιλέγεται 298 K (25 βαθμοί Κελσίου), πίεση - 1 ατμόσφαιρα. Επιπλέον, ένα σημαντικό σημείο που αξίζει να προσέξουμε είναι το γεγονός ότι η θερμότητα σχηματισμού για οποιεσδήποτε απλές ουσίες είναι μηδενική. Αυτό είναι λογικό, γιατί οι απλές ουσίες δεν σχηματίζονται μόνες τους, δηλαδή δεν δαπανάται ενέργεια για τον σχηματισμό τους.
Στοιχεία θερμοχημείας
Αυτή η ενότητα της σύγχρονης χημείας έχει ιδιαίτερη σημασία, γιατί εδώ γίνονται σημαντικοί υπολογισμοί, λαμβάνονται συγκεκριμένα αποτελέσματα που χρησιμοποιούνται στη μηχανική θερμικής ενέργειας. Στη θερμοχημεία, υπάρχουν πολλές έννοιες και όροι που είναι σημαντικό να λειτουργήσουμε προκειμένου να επιτευχθούν τα επιθυμητά αποτελέσματα. Η ενθαλπία (ΔΗ) δείχνει ότι η χημική αλληλεπίδραση έλαβε χώρα σε ένα κλειστό σύστημα, δεν υπήρχε επίδραση στην αντίδραση από άλλα αντιδραστήρια, η πίεση ήταν σταθερή. Αυτή η διευκρίνιση μας επιτρέπει να μιλήσουμε για την ακρίβεια των υπολογισμών που πραγματοποιήθηκαν.
Ανάλογα με το είδος της αντίδρασης που εξετάζεται, το μέγεθος και το πρόσημο της προκύπτουσας θερμικής επίδρασης μπορεί να διαφέρουν σημαντικά. Έτσι, για όλους τους μετασχηματισμούς που περιλαμβάνουν την αποσύνθεση μιας σύνθετης ουσίας σε πολλά απλούστερα συστατικά, θεωρείται απορρόφηση θερμότητας. Οι αντιδράσεις συνδυασμού πολλών αρχικών ουσιών σε ένα, πιο πολύπλοκο προϊόν συνοδεύονται απόαπελευθερώνοντας σημαντική ποσότητα ενέργειας.
Συμπέρασμα
Όταν επιλύεται οποιοδήποτε θερμοχημικό πρόβλημα, χρησιμοποιείται ο ίδιος αλγόριθμος ενεργειών. Αρχικά, σύμφωνα με τον πίνακα, για κάθε αρχικό συστατικό, καθώς και για τα προϊόντα αντίδρασης, προσδιορίζεται η τιμή της θερμότητας σχηματισμού, χωρίς να ξεχνάμε την κατάσταση συσσωμάτωσης. Επιπλέον, οπλισμένοι με το νόμο του Hess, συνθέτουν μια εξίσωση για να καθορίσουν την επιθυμητή τιμή.
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στο να ληφθούν υπόψη οι στερεοχημικοί συντελεστές που υπάρχουν μπροστά από τις αρχικές ή τελικές ουσίες σε μια συγκεκριμένη εξίσωση. Εάν υπάρχουν απλές ουσίες στην αντίδραση, τότε οι τυπικές θερμότητες σχηματισμού τους είναι ίσες με μηδέν, δηλαδή, τέτοια συστατικά δεν επηρεάζουν το αποτέλεσμα που προκύπτει στους υπολογισμούς. Ας προσπαθήσουμε να χρησιμοποιήσουμε τις πληροφορίες που λάβαμε για μια συγκεκριμένη αντίδραση. Αν πάρουμε ως παράδειγμα τη διαδικασία σχηματισμού καθαρού μετάλλου από οξείδιο του σιδήρου (Fe3+) με αλληλεπίδραση με γραφίτη, τότε στο βιβλίο αναφοράς μπορείτε να βρείτε τις τιμές της τυπικής θερμότητας σχηματισμού. Για το οξείδιο του σιδήρου (Fe3+) θα είναι –822,1 kJ/mol, για τον γραφίτη (μια απλή ουσία) είναι ίσο με μηδέν. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, σχηματίζεται μονοξείδιο του άνθρακα (CO), για το οποίο αυτός ο δείκτης έχει τιμή 110,5 kJ / mol και για τον απελευθερωμένο σίδηρο, η θερμότητα σχηματισμού αντιστοιχεί στο μηδέν. Το αρχείο της τυπικής θερμότητας σχηματισμού μιας δεδομένης χημικής αλληλεπίδρασης χαρακτηρίζεται ως εξής:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Ανάλυσητο αριθμητικό αποτέλεσμα που προκύπτει σύμφωνα με το νόμο του Hess, μπορούμε να βγάλουμε ένα λογικό συμπέρασμα ότι αυτή η διαδικασία είναι ένας ενδόθερμος μετασχηματισμός, δηλαδή, περιλαμβάνει τη δαπάνη ενέργειας για την αντίδραση αναγωγής του σιδήρου από το τρισθενές οξείδιο του.
