O kráse země i historie naší

Vítejte na nicotna.osoba.cz Michal Šedivý

Sbírka vlakové pošty

4. Termochemie, chemická termodynamika

 

4. Termochemie, chemická termodynamika


Termodynamika zkoumá stavy látek a děje související s energií soustavy (změna teploty, tlaku, složení aj.). Chemická termodynamika se zabývá zejména energetickou bilancí chemických dějů, jejich uskutečnitelností a rovnováhami, které se v reakčních soustavách mohou ustavit. Studuje soustavu jako celek, bez ohledu na strukturu částic. (Pokud z chemické termodynamiky vyčleníme část zabývajíc se rovnováhami, zůstane chemická energetika.)


Chemická termodynamika

Stav soustavy je určen souhrnem stavových funkcí. Vedle měřitelných stavových funkcí (p, T, ,V aj.) se zavádějí funkce termodynamické, jako U, H, S, G. Přechod soustavy z jednoho stavu do druhého se označuje jako termodynamický děj. Při vratném termodynamickém ději prochází soustava velkým počtem malých stavových změn, při kterých je stále v rovnováze s okolím. Tento děj lze kdykoliv zastavit a obráceným sledem malých změn vrátit soustavu i okolí do původního stavu. Při nevratném ději lze průběh reakce zastavit a otočit, ale látky se do původního stavu vrací jinou cestou. Všechny reakce probíhající samovolně (bez dodání energie) jsou nevratné.

Je-li při ději některá veličina konstantní, jde o děje izotermické (T=konst.), izobarické (p=konst), izochorické (V=konst.) a adiabatické (soustava je tepelně izolovaná).


První termodynamický zákon

je vlastně zákon zachování energie aplikovaný na termodynamické děje. Zavádí do termodynamiky stavovou funkci vnitřní energie U. Teplo a práce dodané soustavě zvyšují její vnitřní energii o U: U=Q+W.

U je celková energie soustavy zmenšená o kinetickou a potenciální energii soustavy.

Teplo dodané soustavě při konstantním objemu soustavy se spotřebuje ne zvýšení její vnitřní energie.


Entalpie H

Zavádí se pro všechny izobarické děje (děje v otevřených nádobách). Je definována vztahem: H=U+pV

Teplo dodávané soustavě při konstantním tlaku v soustavě se spotřebuje na zvýšení její entalpie.


Termochemie

Zabývá se tepelnými jevy při chemických reakcích.

Uskuteční-li se chemická reakce v jednotkovém rozsahu (zreagují taková množství reaktantů, jaká udávají stechiometrické koeficienty), pak uvolněné / pohlcené teplo je molární teplo Qm. Zajistíme-li podmínky reakce tak, aby reaktanty i produkty měly stejnou teplotu a aby byl děj izobarický, pak (Qm)p=H, nebo izochorický, pak (Qm)V=U, můžeme definovat reakční teplo.


Reakční teplo

je teplo soustavou přijaté, uskuteční-li se děj izobaricky, nebo izochoricky v jednotkovém rozsahu a je-li teplota výchozích látek a produktů stejná. Údaj o reakčním teple je vždy doprovázen rovnicí příslušné reakce, v níž jsou vyznačena skupenství všech reakčních složek –rovnice termochemické.

Podle tepelné bilance můžeme reakce označit jako exotermické, jestliže soustava teplo uvolňuje (H0), nebo endotermické, při nichž soustava teplo pohlcuje (H0). Zajímá-li nás bilance Gibbsovy energie, dělíme reakce na exergonické (G0) a endergonické (G0).


Termochemické zákony

1) Reakční teplo určité reakce a reakční teplo téže reakce probíhající za stejných podmínek opačným směrem je až na znaménko stejné. AB HAB=-HBA

2) (Hessův zákon) Reakční teplo určité reakce je stejné jako součet reakčních tepel postupně prováděných reakcí, vycházejících ze stejných výchozích látek a končících stejnými produkty.

A C HAC=HAB+HBC

B


Teplo slučovací a spalné

Slučovací teplo sloučeniny je reakční teplo reakce, při níž z prvků ve standardních stavech vznikne jeden mol této sloučeniny ve standardním stavu. Slučovací tepla jsou stanovena a uváděna především pro anorganické sloučeniny.

Spalné teplo sloučeniny je reakční teplo reakce, při níž se jeden mol této sloučeniny ve standardním stavu zoxiduje na nejstálejší oxidy (konečné oxidační produkty ve standardním stavu). Spalná tepla jsou stanovena především pro sloučeniny organické.


Výpočet: pro slučovací: produkty reaktanty HT=prod(HT)sluč - vých(HT)sluč

pro spalné: reaktanty – produkty HT=vých(HT)spal - prod(HT)spal


Druhý termodynamický zákon

zavádí stavovou funkci –entropie S –uspořádanost systému

změny S = skupenské změny –krystalizace (tuhnutí), kondenzace...

–fázové změny

Zkoumá, kolik tepla přijatého od okolí může soustava přeměnit na práci i Qi/Ti 0

i (Q)ir/Ti 0 -nevratný děj

i (Q)rev/Ti = 0 -vratný děj -zlomek vyjadřuje změnu entropie S


Změnu S při vratném izotermickém přechodu soustavy ze stavu A do stavu B vystihuje vztah:

S = SBSA = Qrev/T

Důležitá je změna S při adiabatickém přechodu soustavy ze stavu A do stavu B. Je-li tento přechod vratný, S se nemění (S=SBSA=0). U nevratných dějů S soustavy stoupá (S=SBSA0). Protože všechny samovolné děje jsou nevratné, roste v adiabaticky izolované soustavě S tak dlouho, dokud se soustava nedostane do rovnováhy. V rovnováze, kdy mohou probíhat jen vratné děje, je S soustavy maximální.

termochemické zákony: 3)S čistých krystalických látek je při teplotě absolutní nuly rovna nule.


Gibbsova energie G

Charakterizuje směr nevratných dějů izobarických.

G=HTS

Samovolný izotermicko-izobarický děj je provázen poklesem Gibbsovy energie a její minimum určuje rovnováhu.

Aby chemická reakce mohla proběhnout samovolně, musí při ní dojít k poklesu Gibbsovy energie (G0). Změna Gibbsovy energie v sobě zahrnuje jak člen H (zpravidla rozhodující, s teplotou se příliš nemění) tak člen S (změna uspořádanosti za dané teploty, s rostoucí teplotou její vliv roste).

a) exotermické rozkladné reakce (H0, S0). Probíhají vždy samovolně, neboť oba členy přispívají ke snížení G.

b) exotermické skladné reakce (H0, S0). Samovolný průběh reakce závisí na hodnotách H a TS. Při nízkých teplotách je člen TS malý a převažuje člen H a reakce probíhá samovolně.S růstem teploty člen TS roste a tendence k samovolnému průběhu reakce se zmenšuje. Od určité teploty člen S převáží nad členem H (H TS) a reakce již samovolně neprobíhá (G0).

c) endotermické rozkladné reakce (H0, S0). Rovněž u těchto reakcí závisí možnost samovolného průběhu na hodnotách H a TS, avšak situace je opačná. Při nízkých teplotách reakce neprobíhá (G0). Od určité teploty však reakce samovolně probíhat může.

d) endotermické syntézy (H0, S0). Tyto reakce nejsou samovolné, protože oba členy vždy přispívají ke zvýšení G.

Posledni komentare
15.01.2009 19:05:52: díky díky díky...moc mi to tadypomohlo ke dvojce z chemiesmiley${1}smiley${1}kakt díky:-*
 
Made by: MICHAL ŠEDIVÝ studio Lísek 26 Postupice ANNO 2006