Razgovarajmo o tome što je toplina formiranja, a također definirajmo one uvjete koji se nazivaju standardnim. Kako bismo razumjeli ovo pitanje, otkrit ćemo razlike između jednostavnih i složenih tvari. Da biste konsolidirali koncept "topline formiranja", razmotrite posebne kemijske jednadžbe.
Standardna entalpija stvaranja tvari
U reakciji interakcije ugljika s plinovitim vodikom oslobađa se 76 kJ energije. U ovom slučaju, ova brojka je toplinski učinak kemijske reakcije. Ali to je također toplina stvaranja molekule metana iz jednostavnih tvari. "Zašto?" - pitaš. To je zbog činjenice da su početne komponente bile ugljik i vodik. 76 kJ/mol bit će energija koju kemičari nazivaju "toplina formiranja".
Tablice podataka
U termokemiji postoje brojne tablice koje pokazuju topline nastanka raznih kemikalija iz jednostavnih tvari. Na primjer, toplina stvaranja tvari čija je formula CO2, u plinovitom stanjuima indeks od 393,5 kJ/mol.
Praktična vrijednost
Zašto su nam potrebne ove vrijednosti? Toplina nastanka je vrijednost koja se koristi pri izračunu toplinskog učinka bilo kojeg kemijskog procesa. Da bi se izveli takvi izračuni, bit će potrebna primjena zakona termokemije.
Termokemija
On je osnovni zakon koji objašnjava energetske procese promatrane u procesu kemijske reakcije. Tijekom interakcije uočene su kvalitativne transformacije u sustavu koji reagira. Neke tvari nestaju, umjesto njih se pojavljuju nove komponente. Takav proces prati promjena unutarnjeg energetskog sustava, koja se očituje u obliku rada ili topline. Rad povezan s ekspanzijom ima minimalni pokazatelj kemijskih transformacija. Toplina koja se oslobađa pri transformaciji jedne komponente u drugu tvar može biti velika.
Ako uzmemo u obzir razne transformacije, za gotovo sve postoji apsorpcija ili oslobađanje određene količine topline. Da bi se objasnili fenomeni koji se događaju, stvoren je poseban odjeljak - termokemija.
Hessov zakon
Zahvaljujući prvom zakonu termodinamike postalo je moguće izračunati toplinski učinak ovisno o uvjetima kemijske reakcije. Proračuni se temelje na osnovnom zakonu termokemije, odnosno Hessovom zakonu. Dajemo njegovu formulaciju: toplinski učinak kemijske transformacijepovezano s prirodom, početnim i konačnim stanjem materije, nije povezano s načinom na koji se interakcija provodi.
Što slijedi iz ove riječi? U slučaju dobivanja određenog proizvoda, nije potrebno koristiti samo jednu mogućnost interakcije, moguće je reakciju provesti na razne načine. U svakom slučaju, bez obzira na to kako dobijete željenu tvar, toplinski učinak procesa bit će iste vrijednosti. Da bismo ga odredili, potrebno je zbrojiti toplinske učinke svih međupretvorbi. Zahvaljujući Hessovom zakonu, postalo je moguće izvršiti izračune numeričkih pokazatelja toplinskih učinaka, što je nemoguće izvesti u kalorimetru. Primjerice, kvantitativno se toplina stvaranja tvari ugljičnog monoksida izračunava prema Hessovom zakonu, ali je nećete moći odrediti običnim pokusima. Zato su toliko važne posebne termokemijske tablice u koje se unose numeričke vrijednosti za različite tvari, određene pod standardnim uvjetima
Važne točke u izračunima
S obzirom da je toplina nastanka toplinski učinak reakcije, agregacijsko stanje dotične tvari je od posebne važnosti. Na primjer, prilikom mjerenja uobičajeno je uzeti u obzir grafit, a ne dijamant, kao standardno stanje ugljika. Također se uzimaju u obzir tlak i temperatura, odnosno uvjeti u kojima su se u početku nalazile komponente koje reagiraju. Ove fizičke veličine mogu značajno utjecati na interakciju, povećati ili smanjiti energetsku vrijednost. Za osnovne izračune,termokemije, uobičajeno je koristiti specifične pokazatelje tlaka i temperature.
Standardni uvjeti
Budući da je toplina nastanka tvari određivanje veličine energetskog učinka u standardnim uvjetima, izdvojit ćemo ih posebno. Temperatura za izračune je odabrana 298 K (25 stupnjeva Celzija), tlak - 1 atmosfera. Osim toga, važna točka na koju vrijedi obratiti pažnju je činjenica da je toplina formiranja za sve jednostavne tvari nula. To je logično, jer jednostavne tvari ne nastaju same, odnosno nema trošenja energije za njihovo stvaranje.
Elementi termokemije
Ovaj dio moderne kemije je od posebne važnosti, jer se ovdje provode važni proračuni, dobivaju specifični rezultati koji se koriste u termoenergetici. U termokemiji postoji mnogo pojmova i pojmova koji su važni za rad kako bi se dobili željeni rezultati. Entalpija (ΔH) pokazuje da se kemijska interakcija odvijala u zatvorenom sustavu, nije bilo utjecaja na reakciju drugih reagensa, tlak je bio konstantan. Ovo nam pojašnjenje omogućuje da govorimo o točnosti izvršenih izračuna.
Ovisno o vrsti reakcije koja se razmatra, veličina i predznak rezultirajućeg toplinskog učinka mogu se značajno razlikovati. Dakle, za sve transformacije koje uključuju razgradnju jedne složene tvari na nekoliko jednostavnijih komponenti pretpostavlja se apsorpcija topline. Reakcije spajanja mnogih polaznih tvari u jedan, složeniji proizvod su popraćeneoslobađajući značajnu količinu energije.
Zaključak
Prilikom rješavanja bilo kojeg termokemijskog problema koristi se isti algoritam radnji. Prvo, prema tablici, za svaku početnu komponentu, kao i za produkte reakcije, određuje se vrijednost topline formiranja, ne zaboravljajući stanje agregacije. Nadalje, naoružani Hessovim zakonom, sastavljaju jednadžbu za određivanje željene vrijednosti.
Posebnu pozornost treba obratiti na uzimanje u obzir stereokemijskih koeficijenata koji postoje ispred početnih ili konačnih tvari u određenoj jednadžbi. Ako u reakciji postoje jednostavne tvari, tada su njihove standardne topline stvaranja jednake nuli, odnosno takve komponente ne utječu na rezultat dobiven u izračunima. Pokušajmo primljene informacije upotrijebiti za određenu reakciju. Ako uzmemo kao primjer proces formiranja čistog metala iz željeznog oksida (Fe3+) interakcijom s grafitom, tada u priručniku možete pronaći vrijednosti standardne topline stvaranja. Za željezni oksid (Fe3+) bit će –822,1 kJ/mol, za grafit (jednostavnu tvar) jednako je nuli. Kao rezultat reakcije nastaje ugljični monoksid (CO) za koji ovaj pokazatelj ima vrijednost od 110,5 kJ / mol, a za oslobođeno željezo toplina stvaranja odgovara nuli. Zapis standardne topline formiranja dane kemijske interakcije karakterizira se kako slijedi:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Analiziranjenumerički rezultat dobiven prema Hessovom zakonu, možemo zaključiti da je ovaj proces endotermna transformacija, odnosno da uključuje utrošak energije za reakciju redukcije željeza iz njegovog trovalentnog oksida.
