Reaksiyonun termal etkisi oluşum ısısına eşittir. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi ve pratik uygulaması

(Sayfa sitedeki materyaller kullanılarak hazırlanmıştır.http://www.hemi.nsu.ru/ucheb211.htm )

Her madde belli miktarda enerji depolar. Yiyecekler vücudumuzun yiyeceklerde bulunan çok çeşitli kimyasal bileşiklerin enerjisini kullanmasına izin verdiğinden, maddelerin bu özelliğiyle kahvaltıda, öğle yemeğinde veya akşam yemeğinde zaten karşılaşırız. Vücutta bu enerji harekete, işe dönüştürülür ve sabit (ve oldukça yüksek!) vücut ısısını korumak için kullanılır.

Kimyasal bileşiklerin enerjisi esas olarak kimyasal bağlarda yoğunlaşmıştır. İki atom arasındaki bağı kırmak için enerji harcamak. Kimyasal bir bağ oluştuğunda enerji açığa çıkar.

Eğer bu bir enerji “kazanımına” (yani salınmasına) yol açmasaydı atomlar birbirleriyle bağlantı kurmazlardı. Bu kazanç büyük ya da küçük olabilir ama atomlardan moleküller oluştuğunda mutlaka var olacaktır.

Herhangi bir kimyasal reaksiyon, bazı kimyasal bağların kırılmasından ve diğerlerinin oluşmasından oluşur.

Yeni bağların oluşumu sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyon sonucunda, başlangıç maddelerindeki "eski" bağları yok etmek için gerekenden daha fazla enerji açığa çıktığında, fazla enerji ısı şeklinde açığa çıkar. Bir örnek yanma reaksiyonlarıdır. Örneğin doğal gaz (metan CH 4) havadaki oksijeni yakarak büyük miktarda ısı açığa çıkarır.

Reaksiyon bir patlamayla bile gerçekleşebilir; bu dönüşüm çok fazla enerji içerir. Bu tür reaksiyonlara denir ekzotermik Latince "exo" kelimesinden - dışa doğru (serbest bırakılan enerji anlamına gelir).

Diğer durumlarda, orijinal maddelerdeki bağların yok edilmesi, yeni bağların oluşumu sırasında açığa çıkabilecek enerjiden daha fazla enerji gerektirir. Bu tür reaksiyonlar yalnızca enerji dışarıdan sağlandığında meydana gelir ve denir. endotermik (Latince "endo" kelimesinden - içeriden). Bir örnek, yalnızca ısıtıldığında meydana gelen, kömür ve sudan karbon monoksit (II) CO ve hidrojen H2'nin oluşumudur.

Moleküler modeller kullanılarak kimyasal reaksiyonların gösterimi: a) ekzotermik reaksiyon, b) endotermik reaksiyon. Modeller, aralarında sabit sayıda atom bulunduğunda eski kimyasal bağların nasıl yok edildiğini ve yeni kimyasal bağların nasıl oluştuğunu açıkça göstermektedir.

Bu nedenle, herhangi bir kimyasal reaksiyona enerjinin salınması veya emilmesi eşlik eder. Çoğu zaman enerji, ısı biçiminde (daha az sıklıkla ışık veya mekanik enerji biçiminde) salınır veya emilir. Bu ısı ölçülebilir. Ölçüm sonucu, bir mol reaktan için veya (daha az yaygın olarak) bir mol reaksiyon ürünü için kilojoule (kJ) cinsinden ifade edilir. Bu miktara denir reaksiyonun termal etkisi . Örneğin, hidrojenin oksijendeki yanma reaksiyonunun termal etkisi iki denklemden herhangi biriyle ifade edilebilir:

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ

veya

H2 (g) + 1/2 O2 (g) = H20 (l) + 286 kJ

Her iki denklem de eşit derecede doğrudur ve her ikisi de hidrojen ve oksijenden su oluşumunun ekzotermik reaksiyonunun termal etkisini ifade eder. Birincisi kullanılan 1 mol oksijen başına, ikincisi ise 1 mol yanmış hidrojen veya oluşan 1 mol su başınadır.

(d), (g) simgeleri maddelerin gaz ve sıvı hallerini gösterir. Ayrıca (tv) veya (k) - katı, kristalli madde, (aq) - suda çözünmüş madde vb. İsimler de vardır.

Bir maddenin topaklanma durumunun belirlenmesi önemlidir. Örneğin, hidrojenin yanma reaksiyonunda, su başlangıçta buhar (gaz halinde) formunda oluşur ve yoğunlaşması üzerine bir miktar daha enerji açığa çıkabilir. Sonuç olarak, suyun sıvı formda oluşması için reaksiyonun ölçülen termal etkisi, yalnızca buhar oluşumuna göre biraz daha büyük olacaktır, çünkü buhar yoğunlaştığında ısının bir kısmı daha açığa çıkacaktır.

Reaksiyonun termal etkisinin özel bir durumu da kullanılır - yanma ısısı. Adından da anlaşılacağı üzere, yanma ısısı, yakıt olarak kullanılan maddeyi karakterize etmeye hizmet etmektedir. Yanma ısısı, yakıt olan bir maddenin 1 molünü ifade eder (bir oksidasyon reaksiyonunda indirgeyici bir madde), örneğin:

C 2 H 2 +2,5 O 2 =2 CO 2 + H 2 O + 1300kJ

Asetilen asetilenin yanma ısısı

Moleküllerde depolanan enerji (E), enerji ölçeğinde çizilebilir. Bu durumda reaksiyonun termal etkisi (ΔE) grafiksel olarak gösterilebilir.

Termal etkinin grafiksel gösterimi: a) hidrojen yanmasının ekzotermik reaksiyonu; b) elektrik akımının etkisi altında suyun ayrışmasının endotermik reaksiyonu. Reaksiyon koordinatı (grafiğin yatay ekseni), örneğin maddelerin dönüşüm derecesi olarak düşünülebilir (%100, başlangıç maddelerinin tam dönüşümüdür).

Reaksiyonun termal etkisinin reaktifler ve ürünlerle birlikte yazıldığı kimyasal reaksiyon denklemlerine denir. termokimyasal denklemler .

Termokimyasal denklemlerin özelliği, onlarla çalışırken maddelerin formüllerini ve termal etkilerin büyüklüğünü denklemin bir kısmından diğerine aktarabilmenizdir. Kural olarak bu, kimyasal reaksiyonların sıradan denklemleriyle yapılamaz.

Termokimyasal denklemlerin terim terim toplanmasına ve çıkarılmasına da izin verilir. Bu, deneysel olarak ölçülmesi zor veya imkansız olan reaksiyonların termal etkilerini belirlemek için gerekli olabilir.

Bir örnek verelim. Laboratuvarda, karbonun hidrojenle doğrudan birleşimi yoluyla CH4 metan üretme reaksiyonunu "saf formda" gerçekleştirmek son derece zordur:

C + 2H2 = CH4

Ancak hesaplamalar yoluyla bu reaksiyon hakkında çok şey öğrenebilirsiniz. Örneğin, bu reaksiyonun ekzotermik mi yoksa endotermik mi olacağını öğrenin ve hatta termal etkinin büyüklüğünü niceliksel olarak hesaplayın.

Metan, karbon ve hidrojenin yanma reaksiyonlarının termal etkileri bilinmektedir (bu reaksiyonlar kolaylıkla meydana gelir):

a) CH4 (g) + 2O2 (g) = C02 (g) + 2H20 (l) + 890 kJ

b) C (tv) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

c) 2H2(g) + O2 (g) = 2H20(l) + 572 kJ

Son iki denklem (b) ve (c)'yi denklem (a)'dan çıkaralım. Denklemlerin sol taraflarını soldan, sağ taraflarını da sağdan çıkaracağız. Bu durumda tüm O 2, CO 2 ve H 2 O molekülleri büzülecektir.

CH4 (g) - C (tv) - 2H2 (g) = (890 - 394 - 572) kJ = -76 kJ

Bu denklem biraz alışılmadık görünüyor. Denklemin her iki tarafını da (-1) ile çarpıp CH 4'ü ters işaretli sağ tarafa kaydıralım. Kömür ve hidrojenden metan oluşumu için ihtiyacımız olan denklemi elde ediyoruz:

C (tv) + 2H2 (g) = CH4 (g) + 76 kJ/mol

Dolayısıyla hesaplamalarımız, karbon ve hidrojenden metan oluşumunun termal etkisinin 76 kJ (metan molü başına) olduğunu ve bu sürecin ekzotermik olması gerektiğini (bu reaksiyonda enerji açığa çıkacaktır) gösterdi.

Termokimyasal denklemlerde yalnızca aynı toplanma durumundaki maddelerin toplanabileceği, çıkarılabileceği ve terim terim azaltılabileceğine dikkat etmek önemlidir, aksi takdirde ısının değeri üzerindeki termal etkiyi belirlerken hata yaparız. bir toplanma durumundan diğerine geçiş.

Termokimyanın temel yasaları

Kimyasal reaksiyonlarda enerjinin dönüşümünü inceleyen kimya dalına ne ad verilir? termokimya .

Termokimyanın en önemli iki kanunu vardır. Bunlardan ilki kanun Lavoisier-Laplace , aşağıdaki gibi formüle edilir:

İleri reaksiyonun termal etkisi her zaman ters işaretli ters reaksiyonun termal etkisine eşittir.

Bu, herhangi bir bileşiğin oluşumu sırasında, orijinal maddelere ayrışması sırasında emilen (serbest bırakılan) enerjiyle aynı miktarda enerjinin serbest bırakıldığı (emildiği) anlamına gelir. Örneğin:

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 kJ (oksijende hidrojenin yanması)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2H 2 (g) + O 2 (g) (suyun elektrik akımıyla ayrışması)

Lavoisier-Laplace yasası, enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur.

Termokimyanın ikinci yasası 1840 yılında bir Rus akademisyen tarafından formüle edildi. GI Gessom:

Bir reaksiyonun termal etkisi yalnızca maddelerin başlangıç ve son hallerine bağlıdır ve prosesin ara aşamalarına bağlı değildir.

Bu, bir dizi ardışık reaksiyonun toplam termal etkisinin, eğer başlangıç ve bitiş maddeleri bu serilerin başında ve sonunda aynıysa, diğer herhangi bir reaksiyon serisiyle aynı olacağı anlamına gelir. Termokimyanın bu iki temel yasası, termokimyasal denklemlere matematiksel olanlara bir miktar benzerlik kazandırır; reaksiyon denklemlerinde terimleri bir parçadan diğerine aktarmak, kimyasal bileşiklerin formüllerini terim bazında eklemek, çıkarmak ve azaltmak mümkündür. Bu durumda reaksiyon denklemlerinde katsayıların dikkate alınması ve mollerle eklenen, çıkarılan veya indirgenen maddelerin aynı agregasyon durumunda olması gerektiğini unutmamak gerekir.

Termal etkinin pratikte uygulanması

Birçok teknik hesaplama için kimyasal reaksiyonların termal etkilerine ihtiyaç vardır. Örneğin, uzay aracını ve diğer yükleri yörüngeye fırlatabilen güçlü Rus Energia roketini düşünün. Aşamalarından birinin motorları sıvılaştırılmış gazlarla (hidrojen ve oksijen) çalışır.

Diyelim ki, kargo içeren bir roketi Dünya yüzeyinden yörüngeye ulaştırmak için harcanması gereken işi (kJ cinsinden) bildiğimizi, ayrıca uçuş sırasında hava direncinin ve diğer enerji maliyetlerinin üstesinden gelme çalışmasını da biliyoruz. Bu rokette yakıt ve oksitleyici olarak kullanılan (sıvılaştırılmış halde) gerekli hidrojen ve oksijen kaynağı nasıl hesaplanır?

Hidrojen ve oksijenden su oluşumunun reaksiyonunun termal etkisinin yardımı olmadan bunu yapmak zordur. Sonuçta termal etki, roketi yörüngeye fırlatması gereken enerjinin ta kendisidir. Bir roketin yanma odalarında bu ısı, nozüllerden kaçan ve jet itme kuvveti yaratan sıcak gaz (buhar) moleküllerinin kinetik enerjisine dönüştürülür.

Kimya endüstrisinde, endotermik reaksiyonların meydana geldiği reaktörleri ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplamak için termal etkilere ihtiyaç vardır. Enerji sektöründe termal enerji üretimi, yakıtın yanma ısısı kullanılarak hesaplanmaktadır.

Diyetisyenler, yalnızca hastalar için değil aynı zamanda sağlıklı insanlar (sporcular, çeşitli mesleklerdeki çalışanlar) için de uygun diyetler oluşturmak için gıda oksidasyonunun vücuttaki termal etkilerini kullanır. Geleneksel olarak buradaki hesaplamalarda joule yerine diğer enerji birimleri (kaloriler) (1 cal = 4,1868 J) kullanılır. Gıdanın enerji içeriği, herhangi bir gıda ürünü kütlesine atıfta bulunur: 1 g, 100 g, hatta ürünün standart ambalajı. Örneğin, bir kutu yoğunlaştırılmış süt etiketinde aşağıdaki yazıyı okuyabilirsiniz:

"kalori içeriği 320 kcal/100 g."

Herhangi bir kimyasal prosesin yanı sıra maddelerin bir dizi fiziksel dönüşümüne (buharlaşma, yoğunlaşma, erime, polimorfik dönüşümler vb.) her zaman sistemlerin iç enerji rezervinde bir değişiklik eşlik eder. Termokimya Bir proses sırasında ısı miktarındaki değişimi inceleyen kimyanın bir dalıdır. Termokimyanın kurucularından biri Rus bilim adamı G. I. Hess'tir.

Kimyasal reaksiyonun termal etkisi kimyasal reaksiyon sırasında açığa çıkan veya emilen ısıdır. Bir kimyasal reaksiyonun standart termal etkisi standart koşullar altında bir kimyasal reaksiyon sırasında açığa çıkan veya emilen ısıdır. Tüm kimyasal işlemler iki gruba ayrılabilir: ekzotermik ve endotermik.

ekzotermik- Bunlar ısının çevreye salındığı reaksiyonlardır. Bu durumda, başlangıç maddelerinin (U 1) iç enerji rezervi, ortaya çıkan ürünlerden (U 2) daha fazladır. Bu nedenle, ∆U< 0, а это приводит к образованию термодинамически устойчивых веществ.

Endotermik Bunlar ortamdan ısının emildiği reaksiyonlardır. Bu durumda, başlangıç maddelerinin (U 1) iç enerji rezervi, ortaya çıkan ürünlerden (U 2) daha azdır. Sonuç olarak ∆U > 0 olur ve bu durum termodinamik olarak kararsız maddelerin oluşumuna yol açar. Termodinamikten farklı olarak, termokimyada açığa çıkan ısı pozitif, emilen ısı ise negatif kabul edilir. Termokimyada ısı Q ile gösterilir. Isı birimi J/mol veya kJ/mol'dür. Prosesin koşullarına bağlı olarak izokorik ve izobarik termal etkiler ayırt edilir.

İzokorik (Q V) Termal etki, belirli bir işlem sırasında sabit bir hacimde (V = sabit) ve son ve başlangıç durumlarının eşit sıcaklıklarında (T 1 = T 2) salınan veya emilen ısı miktarıdır.

İzobarik (Q p) Termal etki, sabit basınçta (p = sabit) ve son ve başlangıç durumlarının eşit sıcaklıklarında (T 1 = T 2) belirli bir işlem sırasında salınan veya emilen ısı miktarıdır.

Sıvı ve katı sistemler için hacimdeki değişim küçüktür ve Q p » Q V olduğu varsayılabilir. Gazlı sistemler için

Q р = Q V – ∆nRT, (4.3)

burada ∆n, gaz halindeki reaksiyon katılımcılarının mol sayısındaki değişikliktir

∆n = ån devamı tepkiler – ån ref. maddeler. (4.4)

Her durumda, iç (kimyasal) enerjinin bir kısmının termal (veya diğer türlere) ve bunun tersi termalin kimyasala dönüştürülmesi, enerjinin korunumu yasasına ve termodinamiğin birinci yasasına tam olarak uygun olarak gerçekleşir.

Termokimyada kullanımı yaygındır termokimyasal denklemler Bunlar kimyasal reaksiyon denklemleridir; denklemin sol tarafında başlangıç maddeleri, sağ tarafında reaksiyon ürünleri artı (veya eksi), termal etki ve maddelerin topaklanma durumu ve bunların birleşimi yer alır. kristal formlar da gösterilmektedir. Örneğin,

C grafit + O 2 = C02 (g) + 393,77 kJ

H2 + 1/2O2 = H20 (l) + 289,95 kJ

C (elmas) + 2S (elmas) = CS 2 (g) – 87,9 kJ

Termokimyasal denklemlerle tüm cebirsel işlemleri gerçekleştirebilirsiniz: toplama, çıkarma, çarpma, transfer terimleri vb.

Birçok kimyasal ve fiziksel prosesin termal etkileri deneysel olarak (kalorimetri) belirlenir veya bazı kimyasal bileşiklerin oluşum (ayrışma) ısıları ve yanma ısıları kullanılarak teorik olarak hesaplanır.

Oluşum ısısı Belirli bir bileşiğin kJ cinsinden 1 molü basit maddelerden oluştuğunda açığa çıkan veya emilen ısı miktarıdır. Standart koşullar altında kararlı durumda olan basit maddelerin oluşum ısıları sıfır olarak alınır. Tepkilerde

K (tv) + 1/2Cl (g) = KS1 (tv) + 442,13 kJ

C (tv) + 1/2H 2 (g) + 1/2N (g) = HCN (g) – 125,60 kJ

442,13 kJ ve -125,60 kJ'lik termal etkiler sırasıyla KCl ve HCN'nin oluşum ısılarıdır. Ayrışma ısısı Enerjinin korunumu yasasına göre belirtilen bileşiklerin basit maddelere dönüştürülmesi mutlak değerde eşittir, ancak işaret bakımından zıttır, yani. KCl için ayrışma ısısı -442,13 kJ ve HCN için +125,60 kJ'dir.

Bir bileşiğin oluşumu sırasında ne kadar fazla ısı açığa çıkarsa, ayrışması için o kadar fazla ısı harcanması gerekir ve verilen bileşik normal koşullar altında o kadar güçlü olur. Kimyasal olarak kararlı ve dayanıklı maddeler şunlardır: SiO 2, A1 2 O 3, P 2 O 5, KCl, NaCl, vb. Isı emilimi ile oluşan maddeler kararsızdır (örneğin, NO, CS 2, C 2 H 2, HCN) ve tüm patlayıcılar). Organik bileşiklerin oluşma ısısı deneysel olarak belirlenemez. Deneysel olarak bulunan bu bileşiklerin yanma ısısı değerlerine dayanarak teorik olarak hesaplanırlar.

Yanma ısısı 1 mol maddenin oksijen akışında tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısıdır. Yanma ısısı, ana parçaları: bir oksijen tüpü, bir kalorimetrik bomba, tartılmış miktarda su içeren bir kalorimetre ve bir karıştırıcı ve bir elektrikli ateşleme cihazı olan kalorimetrik bir tesiste belirlenir.

Kimyasal reaksiyonların termal etkilerinin büyüklüğü birçok faktöre bağlıdır: reaksiyona giren maddelerin doğası, başlangıç ve son maddelerin toplanma durumu, reaksiyon koşulları (sıcaklık, basınç, sistem hacmi, konsantrasyon).

Nasıl ki insanın fiziksel özelliklerinden biri fiziksel güçse, herhangi bir kimyasal bağın da en önemli özelliği bağın kuvvetidir, yani. onun enerjisi.

Kimyasal bir bağın enerjisinin, kimyasal bağın oluşumu sırasında açığa çıkan enerji veya bu bağı yok etmek için harcanması gereken enerji olduğunu hatırlayalım.

Kimyasal reaksiyon genel olarak bir maddenin diğerine dönüşümüdür. Sonuç olarak, bir kimyasal reaksiyon sırasında bazı bağlar kırılır ve diğerleri oluşur; enerji dönüşümü.

Fiziğin temel kanunu, enerjinin yoktan ortaya çıkmadığını ve iz bırakmadan kaybolmadığını, yalnızca bir formdan diğerine geçtiğini belirtir. Evrenselliği nedeniyle bu prensip açıkça kimyasal reaksiyonlara uygulanabilir.

Kimyasal reaksiyonun termal etkisi ısı miktarına denir

Bir reaksiyon sırasında salınan (veya emilen) ve 1 mol reaksiyona giren (veya oluşan) maddeye atıfta bulunulur.

Termal etki Q harfiyle gösterilir ve genellikle kJ/mol veya kcal/mol cinsinden ölçülür.

Eğer bir reaksiyon ısının açığa çıkmasıyla (Q > 0) meydana geliyorsa buna ekzotermik, eğer ısının emilmesiyle (Q > 0) meydana geliyorsa buna ekzotermik denir.< 0) – эндотермической.

Bir reaksiyonun enerji profilini şematik olarak gösterirsek, endotermik reaksiyonlar için ürünlerin enerjisi reaktanlardan daha yüksektir ve ekzotermik reaksiyonlar için, tam tersine reaksiyon ürünlerinin enerjisi reaktanlardan daha düşüktür (daha kararlı).

Ne kadar çok madde reaksiyona girerse, salınan (veya emilen) enerji miktarının da o kadar büyük olacağı açıktır; termal etki madde miktarıyla doğru orantılıdır. Bu nedenle termal etkiyi bir maddenin 1 molüne atfetmek, çeşitli reaksiyonların termal etkilerini karşılaştırma arzumuzdan kaynaklanmaktadır.

Ders 6. Termokimya. Bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi Örnek 1. 8,0 g bakır(II) oksit hidrojenle indirgendiğinde metalik bakır ve su buharı oluştu ve 7,9 kJ ısı açığa çıktı. Bakır(II) oksidin indirgeme reaksiyonunun termal etkisini hesaplayın.

Çözüm . Reaksiyon denklemi: CuO (katı) + H2 (g) = Cu (solv) + H2 O (g) + Q (*)

Bir orantı kuralım: indirgendiğinde 0,1 mol - 7,9 kJ salınır; indirgendiğinde 1 mol - x kJ salınır

X = + 79 kJ/mol nerede. Denklem (*) formunu alır

CuO (katı) + H2 (g) = Cu (katı) + H2 O (g) +79 kJ

Termokimyasal denklem reaksiyon karışımının bileşenlerinin (reaktifler ve ürünler) toplanma durumunu ve reaksiyonun termal etkisini gösteren kimyasal reaksiyonun denklemidir.

Bu nedenle, buzu eritmek veya suyu buharlaştırmak için belirli miktarlarda ısıya ihtiyaç duyulurken, sıvı su donduğunda veya su buharı yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar. Bu nedenle sudan çıktığımızda üşürüz (suyun vücut yüzeyinden buharlaşması enerji gerektirir) ve terleme vücudun aşırı ısınmasına karşı biyolojik bir savunma mekanizmasıdır. Aksine, dondurucu suyu dondurur ve çevredeki odayı ısıtarak fazla ısıyı ona verir.

Bu örnek, suyun toplanma durumundaki değişikliklerin termal etkilerini göstermektedir. Füzyon ısısı (0o C'de) λ = 3,34×105 J/kg (fizik) veya Qpl. = - 6,02 kJ/mol (kimya), buharlaşma ısısı (buharlaşma) (100o C'de) q = 2,26×106 J/kg (fizik) veya Qex. = - 40,68 kJ/mol (kimya).

erime



		buharlaşma
		buharlaşma

varış 298.

Ders 6. Termokimya. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi Elbette ki süblimleşme süreçleri katı bir madde olduğunda mümkündür.

sıvı halini ve gaz fazından ters çökelme (kristalleşme) süreçlerini atlayarak gaz fazına geçer; onlar için termal etkiyi hesaplamak veya ölçmek de mümkündür.

Her maddenin kimyasal bağları olduğu açıktır, dolayısıyla her maddenin belirli bir miktarda enerjisi vardır. Ancak tüm maddeler tek bir kimyasal reaksiyonla birbirine dönüştürülemez. Bu nedenle standart bir devlet getirme konusunda anlaştık.

Maddenin standart durumu– bu, bir maddenin 298 K sıcaklıkta, 1 atmosfer basınçta, bu koşullar altında en kararlı allotropik modifikasyonda toplanma durumudur.

Standart terimler– bu 298 K sıcaklık ve 1 atmosfer basınçtır. Standart koşullar (standart durum), 0 endeksiyle gösterilir.

Bir bileşiğin standart oluşum ısısı standart hallerinde alınan basit maddelerden belirli bir bileşiğin oluşumunun kimyasal reaksiyonunun termal etkisidir. Bir bileşiğin oluşma ısısı Q sembolü ile gösterilir. 0 Birçok bileşik için standart oluşum ısıları, fizikokimyasal miktarların referans kitaplarında verilmektedir.

Basit maddelerin standart oluşum ısıları 0'a eşittir. Örneğin Q0 numunesi, 298 (O2, gaz) = 0, Q0 numunesi, 298 (C, katı, grafit) = 0.

Örneğin . Bakır(II) sülfat oluşumunun termokimyasal denklemini yazın. Referans kitabından Q0 örneği 298 (CuSO4) = 770 kJ/mol.

Cu (katı) + S (katı) + 2O2 (g) = CuSO4 (katı) + 770 kJ.

Not: Termokimyasal denklem herhangi bir madde için yazılabilir, ancak gerçek hayatta reaksiyonun tamamen farklı bir şekilde gerçekleştiği anlaşılmalıdır: listelenen reaktiflerden bakır(II) ve kükürt(IV) oksitler ısıtıldığında oluşur, ancak bakır(II) ) sülfat oluşmaz. Önemli bir sonuç: termokimyasal denklem hesaplamalara izin veren bir modeldir; diğer termokimyasal verilerle iyi uyum sağlar ancak pratik testlere dayanamaz (yani bir reaksiyonun olasılığını veya imkansızlığını doğru şekilde tahmin edemez).

(B j ) - ∑ a i × Q dizi 0 .298 i

Ders 6. Termokimya. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi

Açıklama. Sizi yanıltmamak adına hemen şunu ekleyeyim: Kimyasal termodinamik Bir reaksiyonun olasılığını/imkansızlığını tahmin edebilir ancak bu, okuldaki kimya dersinin kapsamının ötesine geçen daha ciddi "araçlar" gerektirir. Bu tekniklerle karşılaştırıldığında termokimyasal denklem, Cheops piramidinin arka planına karşı ilk adımdır - onsuz yapamazsınız, ancak yükseğe çıkamazsınız.

Örnek 2. 5,8 g çözeltideki suyun yoğunlaşmasının termal etkisini hesaplayın. Yoğuşma işlemi termokimyasal denklem H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q ile tanımlanır – yoğuşma genellikle ekzotermik bir işlemdir.Suyun 25o C'de yoğunlaşma ısısı 37 kJ/mol'dür (referans kitap) .

Dolayısıyla Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.

19. yüzyılda, reaksiyonların termal etkilerini inceleyen Rus kimyager Hess, kimyasal reaksiyonlarla ilgili olarak enerjinin korunumu yasasını - Hess yasasını - deneysel olarak oluşturdu.

Bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi proses yoluna bağlı değildir ve yalnızca son ve başlangıç durumları arasındaki farkla belirlenir.

Kimya ve matematik açısından bakıldığında bu yasa, süreci hesaplamak için herhangi bir "hesaplama yörüngesini" seçmekte özgür olduğumuz anlamına gelir, çünkü sonuç buna bağlı değildir. Bu nedenle çok önemli olan Hess yasasının inanılmaz önemi vardır. Hess yasasının sonucu.

Bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi, reaksiyon ürünlerinin oluşum ısılarının toplamı eksi reaktanların oluşum ısılarının toplamına eşittir (stokiyometrik katsayılar dikkate alınarak).

Sağduyu açısından bakıldığında bu sonuç, tüm reaktanların ilk önce basit maddelere dönüştürüldüğü ve daha sonra reaksiyon ürünlerini oluşturmak üzere yeniden bir araya getirildiği bir sürece karşılık gelir.

Denklem formunda Hess yasasının sonucu şu şekilde görünür: Reaksiyon denklemi: a 1 A 1 + a 2 A 2 + … + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + … b

Bu durumda ai ve bj stokiyometrik katsayılardır, Ai reaktiflerdir, Bj reaksiyon ürünleridir.

O zaman Hess yasasının sonucu şu şekilde olur: Q = ∑ b j × Q arr 0 .298

k Bk + Q

(Ai)

Ders 6. Termokimya. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi Birçok maddenin standart oluşum ısıları olduğundan

a) özel tablolarda özetlenirse veya b) deneysel olarak belirlenebilirse, çok sayıda reaksiyonun termal etkisini oldukça yüksek doğrulukla tahmin etmek (hesaplamak) mümkün hale gelir.

Örnek 3. (Hess yasasının sonucu). Standart koşullar altında gaz fazında meydana gelen metanın buharla reformasyonunun termal etkisini hesaplayın:

CH4 (g) + H2 O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)

Bu reaksiyonun ekzotermik mi yoksa endotermik mi olduğunu belirleyin?

Çözüm: Hess Yasasının Sonuçları

Q = 3 Q0		G ) +Q 0		(CO ,g ) −Q 0	G ) −Q 0	O, g) - genel anlamda.
	varış 298		varış 298	varış 298	varış 298
Q rev0	298 (H2,g) = 0		Standart haldeki basit madde

Referans kitabından karışımın geri kalan bileşenlerinin oluşum ısılarını buluyoruz.

	O,g) = 241,8		(CO,g) = 110,5		Г) = 74,6

varış 298		varış 298		varış 298

Değerleri denklemde yerine koyma

Q = 0 + 110,5 – 74,6 – 241,8 = -205,9 kJ/mol, reaksiyon oldukça endotermiktir.

Cevap: Q = -205,9 kJ/mol, endotermik

Örnek 4. (Hess yasasının uygulanması). Bilinen reaksiyon ısıları

C (katı) + ½ O (g) = CO (g) + 110,5 kJ

C (katı) + O2 (g) = CO2 (g) + 393,5 kJ 2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) reaksiyonunun termal etkisini bulun Çözüm Birinci ve ikinci denklemi 2 ile çarpın

2C (çöz.) + O2 (g.) = 2CO (g.) + 221 kJ 2C (çöz.) + 2O2 (g.) = 2CO2 (g.) + 787 kJ

Birinciyi ikinci denklemden çıkarın

O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ – 2CO (g) – 221 kJ,

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Cevap: 566 kJ/mol.

Not: Termokimyayı incelerken dışarıdan (dışarıdan) gelen bir kimyasal reaksiyonu dikkate alırız. Aksine, kimyasal sistemlerin davranış bilimi olan kimyasal termodinamik, sistemi içeriden ele alır ve sistemin termal enerjisi olarak “entalpi” H kavramıyla çalışır. Entalpi yani

Ders 6. Termokimya. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi, ısı miktarıyla aynı anlama gelir, ancak ters işarete sahiptir: sistemden enerji salınırsa, ortam onu alır ve ısınır ve sistem enerji kaybeder.

Edebiyat:

1. ders kitabı, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko ve diğerleri, Kimya 9. sınıf, paragraf 19,

2. Eğitimsel ve metodolojik el kitabı “Genel Kimyanın Temelleri” Bölüm 1.

S.G. Baram, I.N. Mironov. - yanına al! bir sonraki seminer için

3.A.V. Manuilov. Kimyanın temelleri. http://hemi.nsu.ru/index.htm

§9.1 Kimyasal reaksiyonun termal etkisi. Termokimyanın temel yasaları.

§9.2** Termokimya (devam). Bir maddenin elementlerden oluşma ısısı.

Standart oluşum entalpisi.

Dikkat!

Hesaplama problemlerini çözmeye devam ediyoruz, bu nedenle artık kimya seminerleri için bir hesap makinesi tercih ediliyor.

Reaksiyonun termal etkisi Kimyasal reaksiyonun sonucu olarak bir sistem tarafından salınan veya emilen ısı miktarı. Bu H (P,T = sabit) veya U (V,T = sabit) olabilir.

Bir reaksiyon sonucunda ısı açığa çıkarsa; sistemin entalpisi azalır (  N 0 ), o zaman reaksiyon denir ekzotermik.

Isı emiliminin eşlik ettiği reaksiyonlar; sistemin entalpisi arttıkça (  N 0), e denir ndotermik.

Diğer durum fonksiyonları gibi entalpi de madde miktarına bağlıdır, dolayısıyla ölçeklendirilir (  N) genellikle 1 mol maddeye atıfta bulunulur ve kJ/mol cinsinden ifade edilir.

Tipik olarak sistem işlevleri şu şekilde belirlenir: standart koşullar Bu, standart durum parametrelerine ek olarak standart sıcaklığı T = 298,15 K (25C) içerir. Sıcaklık genellikle bir alt simge () olarak gösterilir.

5.3. Termokimyasal denklemler

Termokimyasal reaksiyon denklemleri- Maddelerin termal etkisini, reaksiyon koşullarını ve toplu durumlarını gösteren denklemler. Genellikle reaksiyonun entalpisi termal etki olarak gösterilir. Örneğin,

C (grafit) + O2 (gaz) = CO2 (gaz), H 0 298 = -396 kJ.

Termal etki reaksiyon denkleminde yazılabilir:

C (grafit) + O2 (gaz) = CO2 (gaz) + 396 kJ.

Kimyasal termodinamikte, notasyonun ilk biçimi daha sık kullanılır.

Termokimyasal denklemlerin özellikleri.

1. Termal etki reaktanın kütlesine, po-

Bu nedenle genellikle maddenin molü başına hesaplanır. Bu bağlamda termokimyasal denklemlerde kullanılabilir kesirli oranlar. Örneğin, bir mol hidrojen klorürün oluşması durumunda termokimyasal denklem şu şekilde yazılır:

½H 2 + ½Cl 2 = HC1, H 0 298 = 92 kJ

veya H2 + Cl2 = 2HCl, H 0 298 = –184 kJ.

2. Termal etkiler reaktiflerin toplanma durumuna bağlıdır; termokimyasal denklemlerde indekslerle gösterilir: Ve sıvı, G- gazlı, T sert veya İle - kristal, R– çözünmüş.

Örneğin: H 2 + ½ O 2 = H 2 O (l), H 0 298 = -285,8 kJ.

H 2 + ½ O 2 = H 2 O (g), H 0 298 = 241,8 kJ.

3. Termokimyasal denklemlerle cebirsel işlemler gerçekleştirebilirsiniz (bunlar termal etkiyle birlikte herhangi bir katsayıyla toplanabilir, çıkarılabilir, çarpılabilir).

Termokimyasal denklemler, bir reaksiyon sırasında meydana gelen değişiklikleri sıradan olanlardan daha kapsamlı bir şekilde yansıtır; yalnızca reaktiflerin ve ürünlerin niteliksel ve niceliksel bileşimini değil, aynı zamanda bu reaksiyona eşlik eden niceliksel enerji dönüşümlerini de gösterirler.

5.4. Hess yasası ve sonuçları

Termokimyasal hesaplamalar Rus bilim adamı G. I. Hess (1841) tarafından keşfedilen yasaya dayanmaktadır. Özü şu şekildedir: Bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi yalnızca sistemin başlangıç ve son durumuna bağlıdır, ancak sürecin hızına ve yoluna, yani ara aşamaların sayısına bağlı değildir. Bu özellikle termokimyasal reaksiyonların termal etkileriyle birlikte eklenebileceği anlamına gelir. Örneğin, karbon ve oksijenden CO2'nin oluşumu aşağıdaki şema ile temsil edilebilir:

C+O 2 H 1 CO 2 1. C (grafik) + O 2 (g) = CO 2 (g), H 0 1 = -396 kJ.

2. C (grafik) + 1/2O 2 (g) = CO (g), H 0 2 = X kJ.

Н 2 Н 3

3. CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g), H 0 3 = 285,5 kJ.

CO +½ HAKKINDA 2

Bu süreçlerin üçü de pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilindiği gibi CO 2 oluşumunun (H 1) ve CO yanmasının (H 3) termal etkileri deneysel olarak belirlenmektedir. CO (H2) oluşumunun termal etkisi deneysel olarak ölçülemez, çünkü karbon oksijen eksikliği koşullarında yandığında bir CO ve CO2 karışımı oluşur. Ancak basit maddelerden CO oluşumu reaksiyonunun entalpisi hesaplanabilir.

Hess yasasından şu sonuç çıkar: H 0 1 = H 0 2 + H 0 3. Buradan,

H 0 2 = H 0 1  H 0 3 = 396  (285,5) = 110,5 (kJ) - bu gerçek değerdir

Böylece Hess yasasını kullanarak deneysel olarak belirlenemeyen reaksiyonların ısısını bulmak mümkündür.

Termokimyasal hesaplamalarda Hess yasasının iki sonucu yaygın olarak kullanılmaktadır. Birincisine göre, bir reaksiyonun termal etkisi, reaksiyon ürünlerinin oluşum entalpilerinin toplamı eksi başlangıç maddelerinin (reaktiflerin) oluşum entalpilerinin toplamına eşittir.

N 0 saat =  N dürtükleme ·  H 0 ƒ dürtükleme -  N referans ·  N 0 ƒ reaktifler ,

burada n madde miktarıdır; Н 0 ƒ  Bir maddenin standart oluşum entalpisi (ısısı).

Standart koşullar altında belirlenen basit maddelerden 1 mol karmaşık madde oluşumunun reaksiyonunun termal etkisine, bu maddenin standart oluşum entalpisi (H 0 görüntüsü veya H 0 ƒ kJ/mol) denir.

Bir maddenin mutlak entalpisi belirlenemediğinden ölçüm ve hesaplamalar için kaynağın yani değerin alındığı sistem ve koşulların belirlenmesi gerekir. : H = 0. Termodinamikte, basit maddelerin normal koşullar altında - standart durumda - en kararlı hallerindeki durumları başlangıç noktası olarak alınır.

Örneğin: H 0 ƒ (O 2) = 0, ancak H 0 ƒ (O 3) = 142,3 kJ/mol. Birçok madde için standart oluşum entalpileri belirlenmiş ve referans kitaplarında listelenmiştir (Tablo 5.1).

Genel olarak aA + bB = cC + dD reaksiyonu için entalpi, birinci sonuca göre aşağıdaki denklemle belirlenir:

H 0 298 saat. = (cН 0 ɒ, C + dН 0 ɒ, E)  (аH 0 ɒ, A + вH 0 ɒ, B).

Hess yasasının ikinci sonucu organik maddeler için geçerlidir. Organik maddeler içeren bir reaksiyonun termal etkisi, reaktanların yanma ısılarının toplamı eksi ürünlerin yanma ısılarının toplamına eşittir.

Bu durumda yanma ısısı tam yanma varsayımı altında belirlenir.

yanma: karbon CO2'ye, hidrojen H2O'ya, nitrojen N2'ye oksitlenir.

Bir maddeyi oluşturan elementlerin oksijenle oksidasyonunun daha yüksek oksit oluşumuna reaksiyonunun termal etkisine denir. bu maddenin yanma ısısı(H 0 sg.). Bu durumda O 2, CO 2, H 2 O, N 2'nin yanma ısılarının sıfıra eşit alındığı açıktır.

Tablo 5.1

Bazı maddelerin termodinamik sabitleri

Madde	Н 0 f, 298, kJ/mol	S 0 298 , J/molK	G 0 f, 298, kJ/mol	Madde	Н 0 f, 298, kJ/mol	J/molK	G 0 f, 298,




C(grafit)

Örneğin etanolün yanma ısısı

C2H5OH (l) + 3O2 = 2C02 + 3H20 (g)

H 0 sa. = Н 0 сг (C 2 H 5 OH) = 2Н 0 ɒ, (CO 2)+3Н 0 ɒ, (H 2 O)  Н 0 ɒ, (C 2 H 5 OH).

Н 0 сг (C 2 H 5 OH) = 2(393,5) + 3(241,8) – (277,7) = 1234,7 kJ/mol.

Referans kitaplarında da kalorifik değerler verilmektedir.

Örnek 1. Etanol dehidrasyon reaksiyonunun termal etkisini belirleyin:

H 0 sg (C 2 H 4) =1422,8; H 0 sg (H 2 O) = 0; Н 0 сг (C2H5OH) = -1234,7 (kJ/mol).

Çözüm. Reaksiyonu yazalım: C 2 H 5 OH (l) = C 2 H 4 + H 2 O.

İkinci sonuca göre, reaksiyonun termal etkisini referans kitabında verilen yanma ısılarından belirliyoruz:

H 0 298 x.p = H 0 sg (C 2 H 5 OH)  H 0 sg (C 2 H 4)  H 0 sg (H 2 O) =

1234,7 + 1422,8 = 188,1 kJ/mol.

Teknolojide genellikle bireysel yakıt türlerinin termal özelliklerini karakterize etmek için kullanılırlar. kalorifik değer.

Kalorifik değer yakıta, katı ve sıvı yakıtlar için bir kütle biriminin (1 kg) veya gazlı yakıtlar için bir hacim biriminin (1 m3) yanmasına karşılık gelen termal etki denir (Tablo 5.2).

Tablo 5.2

Bazılarının kalorifik değeri ve bileşimi

ortak yakıtlar

		Kalorifik değer,
	oksijen
Antrasit*


Antik kömür
Doğa gaz
Ham yağ

*Antrasit maksimum karbon içeriğine sahip (%94-96) taşkömürüdür.

Hidrojen, çok yüksek kalorifik değere sahip olması (Tablo 4.2), taşınmasının nispeten kolay olması ve yanmasıyla yalnızca su üretmesi nedeniyle geleceğin enerjisi, ulaşımı ve teknolojisi için en etkili kimyasal enerji taşıyıcısıdır; “Temiz” bir yakıttır ve hava kirliliğine neden olmaz. Bununla birlikte, bir enerji kaynağı olarak yaygın kullanımı, doğadaki serbest haldeki hidrojen içeriğinin çok düşük olması nedeniyle engellenmektedir. Hidrojenin çoğu su veya hidrokarbonların ayrışmasıyla üretilir. Ancak bu tür bir ayrışma çok fazla enerji gerektirir ve pratikte termal kayıplar nedeniyle hidrojen üretmek için elde edilebilecek enerjiden daha fazlasının harcanması gerekir. Gelecekte büyük ve ucuz enerji kaynakları yaratmak mümkün olursa (örneğin nükleer veya güneş enerjisi üretme teknolojisinin gelişmesi sonucunda), bunun bir kısmı hidrojen üretmek için kullanılacaktır. Pek çok bilim insanı geleceğin enerjisinin hidrojen enerjisi olduğuna inanıyor.

Hess yasasını ve sonuçlarını kullanarak, bilinmeyen miktara karşılık gelen reaksiyon, bilinen özelliklere sahip diğer reaksiyonların eklenmesiyle elde edilebiliyorsa, deneysel olarak belirlenmeyenler de dahil olmak üzere birçok miktarı belirlemek mümkündür.

Örnek 2. CH 4 (H 0 сг =890 kJ/mol) ve Н 2 (Н 0 сг =286 kJ/mol) kalorifik değerine dayanarak, %60 hidrojen ve %40 içeren bir gazın kalorifik değerini hesaplayın. metan CH4.

Çözüm. Yanma reaksiyonlarının termokimyasal denklemlerini yazalım:

1) H2 +½O2 = H20 (l);H 0 f (H20) = -286 kJ/mol;

CH4 + 2O2 = C02 + 2H20 (l);H 0 2

H 0 2 = H 0 ɒ, (CO 2) + 2H 0 ɒ, (H 2 0)H 0 ɒ, (CH 4) =3932. 286 + 75 =890 kJ/mol.

1 m3 gaz, 600 litre H2 ve 400 litre CH4, yani H2 ve CH4 içerir. Gazın kalorifik değeri şöyle olacaktır:

kJ/m3.

Örnek 3. Tablo 5.1'deki verileri kullanarak etilen yanma reaksiyonunun termal etkisini hesaplayın: C 2 H 4 + 3O 2 = 2CO 2 + 2H 2 O (g).

Çözüm. Tablo 5.1'den reaksiyona katılan maddelerin oluşum entalpilerinin değerlerini (kJ/mol cinsinden) yazıyoruz:

H 0 ƒ, co 2 =393,5;H 0 ƒ, s 2 n 4 = 52,3;H 0 ƒ, n 2 o =241,8.

(Basit maddelerin oluşum entalpisinin sıfır olduğunu hatırlayın.)

Hess yasasının (4.4) sonucuna göre:

H 0 298 x.r =n devam · Н 0 ƒ , devam n ref · N 0 ƒ , ref = 2N 0 ƒ , с 2 + 2Н 0 ƒ , р 2 оН 0 ƒ , с 2 Н 4 =

2. (393,5) + 2 . (241.8)52.3 =1322.9 kJ.

Örnek 4. Reaksiyonun termal etkisine dayanarak

3CaO (t) + P 2 O 5 (t) = Ca 3 (PO 4) 2 (t),H 0 =739 kJ,

Kalsiyum ortofosfatın oluşum entalpisini belirler.

Çözüm. Hess yasasının sonucuna göre:

H 0 298 х.р =Н 0 ƒ, Ca3 (PO 4) 2 (3Н 0 ɒ, CaO + Н 0 ƒ, P 2 O 5).

Masadan 4.1: H 0 ƒ, (CaO) =635.5;H 0 ƒ, (P 2 O 5) =1492 (kJ/mol).

H 0 ƒ, Ca3 (PO 4) 2 =739 + 3. (635,5)1492 =4137,5 kJ/mol.

Örnek 5. 16 g kükürtün yanmasının 66,9 kJ ısı açığa çıkardığı biliniyorsa, katı kükürtün N2O'daki yanma reaksiyonu için termokimyasal bir denklem yazın (ısı ölçülürken ürünlerin sıcaklığının reaktanların sıcaklığı, 298 K'ye eşit).

Çözüm. Termokimyasal bir denklem yazmak için reaksiyonun termal etkisini hesaplamanız gerekir:

S (t) + 2N 2 Ö (g) = S02 (g) + 2N 2 (g) ;H 0 = X kJ.

Problemin şartlarına göre 16 g kükürt yandığında 66,9 kJ açığa çıktığı ve reaksiyona 32 g kükürt karıştığı bilinmektedir. Orantı kuralım:

16g –66,9 kJ

32g X kJ X = 133,8 kJ.

Böylece termokimyasal denklem şu şekilde yazılır:

S (t) + 2N 2 Ö (g) = SO 2 (g) + 2N 2 (g) ,H 0 x..r. =133,8 kJ.

(Isı açığa çıktığı için reaksiyon ekzotermiktir, H 0 0).

Örnek 6. Hidrojen klorürün oluşum entalpisi -91,8 kJ/mol (ürünlerin ve reaktiflerin sıcaklığı 25C) ise, 5,6 litre hidrojen klor (n.o.) ile birleştiğinde ne kadar ısı açığa çıkar?

Çözüm.H 0 ƒ , (HCl) = -91,8 kJ/mol, bu, basit maddelerden bir mol HCl oluştuğunda, 91,8 kJ ısının açığa çıktığı anlamına gelir; bu, termokimyasal denkleme karşılık gelir:

½Cl 2 +½ H 2 =HCl,H 0 ƒ =91,8 kJ.

Denklemden, 1 mol HCl elde etmek için 0,5 mol H2 tüketildiği açıktır, yani. 0,5·22,4 l = 11,2 l. Orantı kuralım:

11,2 l 91,8 kJ

5,6 l XX= 45,19 kJ.

Cevap: 45,19 kJ ısı açığa çıkacaktır.

Örnek 7.Üç termokimyasal denklemi temel alarak demir (III) oksit oluşum entalpisini belirleyin (referans kitabı kullanmayın):

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2, H 0 1 = 26,5 kJ;

C (grafit) +½O 2 = CO,H 0 2 =110,4 kJ;

CO 2 = C (grafit) + O 2,H 0 3 = + 393,3 kJ.

Çözüm: Isıl etkisinin belirlenmesi gereken denklemi yazalım:

4Fe + 3O2 = 2Fe203; H 0 4 = 2X kJ.

İlk üç denklemden dördüncüyü elde etmek için, denklem 1)'i (2) ile, denklem 2) ve 3)'ü (6) ile çarpmanız ve şunu eklemeniz gerekir:

1) 4Fe + 6CO2 = 2Fe203 + 6CO, H 0 1 = 2·(+26,5) kJ;

2) 6CO = 6C (grafit) + 3O 2, H 0 2 = 6·(+110,4) kJ;

3) 6C (grafit) + 6O 2 = 6CO 2 ,H 0 3 = 6·(393.3) kJ;

H 0 4 = 2H 0 1 + 6H 0 2 + 6H 0 3 = +53 + 662.42359.8 =1644.4 kJ.

Dolayısıyla H 0 ƒ (Fe 2 O 3) =822,2 kJ/mol.

RUSYA FEDERASYONU EĞİTİM BAKANLIĞI

Voronej Devlet Teknik Üniversitesi

DERS PROJESİ

“İlerici Teknolojinin Teorik Temelleri” disiplininde

Konu: “Kimyasal reaksiyonun termal etkisi ve pratik uygulaması.”

Voronej 2004

Giriiş………………………………………………………………………………	3
1. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi………………………………...	4
1.1. Kimyasal reaksiyonların denklemleri………………………………	8
1.2. Termokimyanın temel yasaları……………………………….	10
2. Isıl etkinin pratikte uygulanması………………………….	12
2.1. Isıya dayanıklı kaplamalar…………………………………….	1
2.2. Elmas işlemenin termokimyasal yöntemi………………...	14
2.3.Çimento üretimi için teknolojik hammaddeler………………	15
2.4. Biyosensörler…………………………………………………….	16
Çözüm………………………………………………………………….	17
Bibliyografya…………………………………………………………	18

giriiş

Kimyasal reaksiyonların termal etkileri birçok teknik hesaplama için gereklidir. Birçok endüstride ve askeri gelişmelerde geniş uygulama alanı buluyorlar.

Bu dersin amacı termal etkinin pratik uygulamasını incelemektir. Kullanımına ilişkin bazı seçeneklere bakacağız ve modern teknolojilerin gelişimi bağlamında kimyasal reaksiyonların termal etkilerinin kullanılmasının ne kadar önemli olduğunu öğreneceğiz.

1. Kimyasal reaksiyonun termal etkisi

Termokimya alanında çalışan en ünlü bilim adamlarından biri Berthelot'tur. Berthelot - Paris'teki Yüksek Eczacılık Okulu'nda kimya profesörü (1859). Eğitim ve Dışişleri Bakanı.

1865'ten itibaren Berthelot termokimyayla aktif olarak ilgilendi ve kapsamlı kalorimetrik araştırmalar yürüttü; bu araştırmalar özellikle "kalorimetrik bombanın" (1881) icadına yol açtı; “Ekzotermik” ve “Endotermik” reaksiyonlar kavramlarına sahiptir. Berthelot, çok sayıda reaksiyonun termal etkileri, birçok maddenin ayrışma ve oluşumu üzerindeki termal etkileri hakkında kapsamlı veriler elde etti.

Berthelot patlayıcıların etkisini inceledi: patlama sıcaklığı, yanma hızı ve patlama dalgası yayılımı, vb.

Kimyasal bileşiklerin enerjisi esas olarak kimyasal bağlarda yoğunlaşmıştır. İki atom arasındaki bağı kırmak için enerji gerekir. Kimyasal bir bağ oluştuğunda enerji açığa çıkar.

Herhangi bir kimyasal reaksiyon, bazı kimyasal bağların kırılmasından ve diğerlerinin oluşmasından oluşur.

Yeni bağların oluşumu sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyon sonucunda, başlangıç maddelerindeki "eski" bağları yok etmek için gerekenden daha fazla enerji açığa çıktığında, fazla enerji ısı şeklinde açığa çıkar. Bir örnek yanma reaksiyonlarıdır. Örneğin doğal gaz (metan CH4) havadaki oksijeni yakarak büyük miktarda ısı açığa çıkarır (Şekil 1a). Bu tür reaksiyonlar ekzotermiktir.

Isının açığa çıkmasıyla oluşan reaksiyonlar pozitif termal etki gösterir (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.

Ortamdan ısının emilmesiyle oluşan reaksiyonlar (Q<0, DH>0), yani Negatif termal etkiye sahip olanlar endotermiktir.

Bunun bir örneği, yalnızca ısıtıldığında meydana gelen, kömür ve sudan karbon monoksit (II) CO ve hidrojen H2'nin oluşumudur (Şekil 1b).

Pirinç. 1 A

Pirinç. 1b

Pirinç. 1a,b. Moleküler modeller kullanılarak kimyasal reaksiyonların gösterimi: a) ekzotermik reaksiyon, b) endotermik reaksiyon. Modeller, aralarında sabit sayıda atom bulunduğunda eski kimyasal bağların nasıl yok edildiğini ve yeni kimyasal bağların nasıl oluştuğunu açıkça göstermektedir.

Termal etki, bir kimyasal reaksiyon meydana geldiğinde kimyasal sistem tarafından salınan veya emilen ısı miktarıdır.

Termal etki Q veya DH (Q = -DH) sembolleriyle gösterilir. Değeri, reaksiyonun başlangıç ve son durumlarının enerjileri arasındaki farka karşılık gelir:

DH = H sonu -H ref. = E con. - E ref.

(d), (g) simgeleri maddelerin gaz ve sıvı hallerini gösterir. Ayrıca (tv) veya (k) - katı, kristalli madde, (aq) - suda çözünmüş madde vb. İsimler de vardır.

Reaksiyonun termal etkisinin özel bir durumu da kullanılır - yanma ısısı. Adından da anlaşılacağı üzere, yanma ısısı, yakıt olarak kullanılan maddeyi karakterize etmeye hizmet etmektedir. Yanma ısısı, yakıt olan bir maddenin 1 molünü ifade eder (bir oksidasyon reaksiyonunda indirgeyici bir madde), örneğin:

Moleküllerde depolanan enerji (E), enerji ölçeğinde çizilebilir. Bu durumda reaksiyonun termal etkisi (DE) grafiksel olarak gösterilebilir (Şekil 2).

İncir. 2. Termal etkinin grafik gösterimi (Q = D E): A) hidrojen yanmasının ekzotermik reaksiyonu; B) elektrik akımının etkisi altında suyun ayrışmasının endotermik reaksiyonu. Reaksiyon koordinatı (grafiğin yatay ekseni), örneğin maddelerin dönüşüm derecesi olarak düşünülebilir (%100, başlangıç maddelerinin tam dönüşümüdür).

1.1. Kimyasal Reaksiyon Denklemleri

· Reaksiyonun termal etkisinin reaktifler ve ürünlerle birlikte yazıldığı kimyasal reaksiyon denklemlerine termokimyasal denklemler denir.

Bir örnek verelim. Laboratuvarda, karbonun hidrojenle doğrudan birleşimi yoluyla CH4 metan üretme reaksiyonunu "saf formda" gerçekleştirmek son derece zordur:

C + 2 H2 = CH4

Ancak hesaplamalar yoluyla bu reaksiyon hakkında çok şey öğrenebilirsiniz. Örneğin, bu reaksiyonun exo olup olmayacağını öğrenin - veya endotermik olabilir ve hatta termal etkinin büyüklüğünü bile ölçebilirsiniz.

Metan, karbon ve hidrojenin yanma reaksiyonlarının termal etkileri bilinmektedir (bu reaksiyonlar kolaylıkla meydana gelir):

a) CH4 (g) + 2 O2 (g) = C02 (g) + 2 H2O (l) + 890 kJ

b) C(tv) + O2 (g) = C02 (g) + 394 kJ

c) 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ

CH4 (g) - C (tv) - 2 H2 (g) = (890 - 394 - 572) kJ = -76 kJ

C(tv) + 2 H2 (g) = CH4 (g) + 76 kJ/mol

1.2. Termokimyanın temel yasaları

· Kimyasal reaksiyonlarda enerjinin dönüşümünü inceleyen kimya dalına termokimya denir.

Termokimyanın en önemli iki kanunu vardır. Bunlardan ilki olan Lavoisier-Laplace yasası şu şekilde formüle edilmiştir:

· İleri reaksiyonun termal etkisi her zaman ters işaretli ters reaksiyonun termal etkisine eşittir.

2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) + 572 kJ (oksijende hidrojenin yanması)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2 H 2 (g) + O 2 (g) (suyun elektrik akımıyla ayrışması)

Lavoisier-Laplace yasası, enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur.

Termokimyanın ikinci yasası 1840 yılında Rus akademisyen G. I. Hess tarafından formüle edildi:

· Bir reaksiyonun termal etkisi, maddelerin yalnızca başlangıç ve son hallerine bağlıdır ve prosesin ara aşamalarına bağlı değildir.

2. Termal etkinin pratikte uygulanması

Diyetisyenler, yalnızca hastalar için değil aynı zamanda sağlıklı insanlar (sporcular, çeşitli mesleklerdeki çalışanlar) için de uygun diyetler oluşturmak için gıda oksidasyonunun vücuttaki termal etkilerini kullanır. Geleneksel olarak buradaki hesaplamalarda joule yerine diğer enerji birimleri (kaloriler) (1 cal = 4,1868 J) kullanılır. Gıdanın enerji içeriği, herhangi bir gıda ürünü kütlesine atıfta bulunur: 1 g, 100 g, hatta ürünün standart ambalajı. Örneğin, bir kavanoz yoğunlaştırılmış süt etiketinde şu yazıyı okuyabilirsiniz: "kalori içeriği 320 kcal/100 g."

Isıl etki, ikame edilmiş aromatik aminler sınıfına ait olan monometilanilin üretilirken hesaplanır. Monometilanilinin ana uygulama alanı benzin için vuruntu önleyici katkı maddesidir. Monometilanilinin boya üretiminde kullanılması mümkündür. Ticari monometilanilin (N-metilanilin), periyodik veya sürekli arıtma yoluyla katalizattan izole edilir. Reaksiyonun termal etkisi ∆Н= -14±5 kJ/mol.

2.1 Isıya dayanıklı kaplamalar

Yüksek sıcaklık teknolojisinin gelişmesi, özellikle ısıya dayanıklı malzemelerin yaratılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu sorun refrakter ve ısıya dayanıklı metaller kullanılarak çözülebilir. Intermetalik kaplamalar birçok değerli niteliğe sahip oldukları için giderek daha fazla ilgi çekmektedir: oksidasyona karşı direnç, agresif erime, ısı direnci vb. Bu bileşiklerin kendilerini oluşturan elementlerden oluşumunun önemli ekzotermikliği de ilgi çekicidir.İntermetalik bileşiklerin oluşumu reaksiyonunun ekzotermikliğini kullanmanın iki olası yolu vardır. Birincisi kompozit, iki katmanlı tozların üretimidir. Isıtıldığında, tozun bileşenleri etkileşime girer ve ekzotermik reaksiyonun ısısı, parçacıkların soğumasını telafi eder, korunan yüzeye tamamen erimiş halde ulaşır ve tabana sıkı bir şekilde yapışan düşük gözenekli bir kaplama oluşturur. Diğer bir seçenek ise mekanik bir toz karışımı uygulamak olacaktır. Parçacıklar yeterince ısıtıldığında kaplama katmanında etkileşime girerler. Termal etkinin büyüklüğü önemliyse, bu, kaplama katmanının kendiliğinden erimesine, yapışma mukavemetini artıran bir ara difüzyon katmanının oluşmasına ve yoğun, düşük gözenekli bir kaplama yapısı elde edilmesine yol açabilir. Büyük bir termal etkiye sahip metallerarası bir kaplama oluşturan ve korozyon direnci, yeterli ısı direnci ve aşınma direnci gibi birçok değerli niteliğe sahip bir bileşim seçerken, nikel alüminidler, özellikle NiAl ve Ni3 Al dikkat çeker. NiAl oluşumuna maksimum termal etki eşlik eder.

2.2.Elmas işlemenin termokimyasal yöntemi

"Termokimyasal" yöntem, yüksek sıcaklıklarda meydana gelmesi nedeniyle adını almıştır ve elmasın kimyasal özelliklerinin kullanılmasına dayanmaktadır. Yöntem şu şekilde yürütülüyor: Elmas, karbonu çözebilen bir metal ile temas ettiriliyor ve çözünme veya işleme prosesinin sürekli ilerlemesi için, içinde çözünmüş karbon ile etkileşime giren bir gaz atmosferinde gerçekleştiriliyor. metaldir ancak elmasla doğrudan reaksiyona girmez. İşlem sırasında termal etkinin büyüklüğü yüksek bir değere ulaşır.

Elmasın termokimyasal işlenmesi için en uygun koşulları belirlemek ve yöntemin yeteneklerini belirlemek için, literatürün analizinde gösterildiği gibi hiç incelenmemiş olan belirli kimyasal süreçlerin mekanizmalarının incelenmesi gerekiyordu. Elmasın termokimyasal işlenmesine ilişkin daha spesifik bir çalışma, her şeyden önce, elmasın özelliklerine ilişkin yetersiz bilgi nedeniyle sekteye uğradı. Sıcaktan dolayı mahvolmasından korkuyorlardı. Elmasın termal stabilitesi üzerine araştırmalar ancak son yıllarda yapılmıştır. Kapanım içermeyen elmasların nötr atmosferde veya vakumda 1850 "C" ye kadar herhangi bir zarar vermeden ve yalnızca daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılabileceği tespit edilmiştir.

Elmas, benzersiz sertliği, elastikiyeti ve biyolojik dokuya karşı düşük sürtünmesi nedeniyle en iyi bıçak malzemesidir. Elmas bıçaklarla çalışmak operasyonları kolaylaştırır ve kesilerin iyileşme süresini 2-3 kat azaltır. MNTK'nin göz mikrocerrahisi mikrocerrahlarına göre, termokimyasal yöntemle keskinleştirilen bıçaklar yalnızca kalitesiz değil, aynı zamanda en iyi yabancı numunelere göre kalite açısından da üstündür. Termokimyasal olarak bilenmiş bıçaklarla halihazırda binlerce operasyon gerçekleştirilmiştir. Farklı konfigürasyon ve boyutlardaki elmas bıçaklar tıp ve biyolojinin diğer alanlarında da kullanılabilir. Bu nedenle elektron mikroskobunda hazırlık yapmak için mikrotomlar kullanılır. Elektron mikroskobunun yüksek çözünürlüğü, numune kesitinin kalınlığı ve kalitesi konusunda özel talepler doğurur. Termokimyasal yöntemle bilenmiş elmas mikrotomlar istenilen kalitede kesitler üretilmesini mümkün kılar.

2.3. Çimento üretimi için teknolojik hammaddeler

Çimento üretiminin daha da yoğunlaştırılması, çeşitli endüstrilerden gelen atıkların kullanıldığı enerji ve kaynak tasarrufu sağlayan teknolojilerin yaygın olarak kullanılmasını içermektedir.

Skarn-manyetit cevherlerini işlerken, tane büyüklüğü 25 mm'ye kadar olan kırma taş malzeme olan kuru manyetik ayırma (DMS) artıkları açığa çıkar. SMS artıkları oldukça kararlı bir kimyasal bileşime sahiptir, ağırlıkça %: SiO 2 40...45, Al 2 O 3 10...12, Fe 2 O 3 15...17, CaO 12...13, MgO 5 ...6, S 2...3, R 2 O 2…4. Portland çimento klinkeri üretiminde SMS atıklarının kullanılma olasılığı kanıtlanmıştır. Ortaya çıkan çimentolar yüksek mukavemet özellikleriyle karakterize edilir.

Klinker oluşumunun (TEC) termal etkisi, endotermik süreçlerin (kireç taşının dekarbonizasyonu, kil minerallerinin dehidrasyonu, sıvı fazın oluşumu) ve ekzotermik reaksiyonların (CMS atıklarının ortaya çıkardığı piritin oksidasyonu, oluşumu) ısılarının cebirsel toplamı olarak tanımlanır. klinker aşamaları).

Çimento üretiminde skarn-manyetit cevheri zenginleştirme atıklarının kullanılmasının başlıca avantajları şunlardır:

İnsan yapımı kaynaklar nedeniyle hammadde tabanının genişletilmesi;

Çimento kalitesini korurken doğal hammaddelerden tasarruf etmek;

Klinkerin pişirilmesinde yakıt ve enerji maliyetlerinin azaltılması;

Düşük enerjili aktif düşük bazlı klinker üretme imkanı;

Atıkların akılcı bir şekilde bertaraf edilmesi ve klinkerin pişirilmesi sırasında atmosfere verilen gaz emisyonlarının azaltılması yoluyla çevre sorunlarının çözülmesi.

2.4. Biyosensörler

Biyosensörler immobilize enzimlere dayanan sensörlerdir. Karmaşık, çok bileşenli madde karışımlarını hızlı ve verimli bir şekilde analiz etmenize olanak tanır. Günümüzde bilim, sanayi, tarım ve sağlık gibi birçok alanda giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. Otomatik enzimatik analiz sistemlerinin oluşturulmasının temeli, enzimoloji ve mühendislik enzimolojisi alanındaki en son gelişmelerdi. Enzimlerin benzersiz nitelikleri - eylem özgüllüğü ve yüksek katalitik aktivite - bu analitik yöntemin basitliğine ve yüksek duyarlılığına katkıda bulunur ve bugüne kadar bilinen ve incelenen çok sayıda enzim, analiz edilen maddelerin listesinin sürekli olarak genişletilmesini mümkün kılar.

Enzim mikrokalorimetrik sensörler - bir enzimatik reaksiyonun termal etkisini kullanır. Hareketsizleştirilmiş bir enzim içeren bir taşıyıcıyla doldurulmuş ve termistörlerle donatılmış iki sütundan (ölçüm ve kontrol) oluşur. Analiz edilen numune ölçüm kolonundan geçirildiğinde, kaydedilen bir termal etkinin eşlik ettiği bir kimyasal reaksiyon meydana gelir. Bu tip sensör çok yönlülüğü nedeniyle ilgi çekicidir.

Çözüm.

Dolayısıyla, kimyasal reaksiyonların termal etkisinin pratik uygulamasını analiz ettikten sonra şu sonuca varabiliriz: termal etki günlük hayatımızla yakından ilgilidir, sürekli araştırılmaktadır ve pratikte yeni uygulamalar bulmaktadır.

Modern teknolojilerin gelişmesiyle birlikte sıcak etki, çeşitli endüstrilerde uygulamasını buldu. Kimya, askeri, inşaat, gıda, madencilik ve diğer birçok endüstri, geliştirmelerinde termal etkiyi kullanır. İçten yanmalı motorlarda, soğutma ünitelerinde ve çeşitli yanmalı cihazlarda kullanıldığı gibi cerrahi aletlerin üretiminde, ısıya dayanıklı kaplamalarda, yeni tip yapı malzemeleri vb. alanlarda da kullanılmaktadır.

Sürekli gelişen bilimin modern koşullarında, üretim alanında giderek daha fazla yeni gelişmenin ve keşiflerin ortaya çıktığını görüyoruz. Bu, kimyasal reaksiyonların termal etkisinin giderek daha fazla yeni uygulama alanını gerektirmektedir.

Kaynakça

1. Musabekov Yu. S., Marcelin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.

2. Patent 852586 Rusya Federasyonu. MKI V 28 D 5/00. Elmasın boyutsal işleme yöntemi / A.P.Grigoriev, S.H.Lifshits, P.P.Shamaev (Rusya Federasyonu). - 2 sn.

3. Klassen V.K. . Malzeme dengesi.Isı birimlerinin ısıl mühendislik hesaplamaları. – Belgorod: BTISM, 1978. –114 s.

4. Peregudov V.V., Rogovoy M.I. İnşaat ürünleri ve parçaları teknolojisinde ısıl işlemler ve tesisler – M.: Stroyizdat, 1983.-416 s.

5. E-posta: [e-posta korumalı]

6. "Biyoteknolojiler" (http://www.ictc.ru/R_42.htm).

7. S.D. Varfolomeev, Yu.M. Evdokimov, M.A. Ostrovsky. "RUSYA BİLİMLER AKADEMİSİ BÜLTENİ".