Energia reacțiilor chimice

Reacțiile secundare energetice studiate în chimie secțiuni numite termochimie și termodinamicii chimice.

Termodinamica pe baza unor criterii de energie - potențiale termodinamice oferă un răspuns la întrebarea dacă principiul este fezabil sau că un proces chimic în aceste condiții sau nu. Schimbarea în potențialul termodinamic, care caracterizează acest proces este forța sa de conducere. Cel mai adesea folosit ca forță motrice a schimbării energiei Gibbs, sau potențialul izobară-izotermă. indicativ al unui proces de tranziție de la starea inițială finală (reactivi sau materii prime în produsul de reacție) la o temperatură constantă și presiune în sistem:

În cazul în care. procesul este în esență fezabil dacă. procesul este imposibil. Cu cât mai puțin. cu atât mai puternic angajamentul față de fluxul de proces, iar mai departe este de la starea de echilibru, în care.

schimbarea de energie Gibbs este rezultatul contribuției a doi factori: entropia și entalpia.

Factorul entropiei. care caracterizează schimbarea entropia sistemului în timpul tranziției de la inițială la starea finală

reflectă tendința sistemului de a trece de la o stare mai ordonată într-o mai puțin ordonată, adică, la mai puțin probabil să mai probabil. Cea mai mare valoarea entropiei, iar starea mai probabil caracterizată prin ea decât un număr mare de sistem microscopice pot fi furnizate. Pentru sistemele haotice dezordonate atât de mare, deoarece multe din microstările tulburare implică un număr foarte mare de combinații ale dispunerii reciproce a particulelor. Prin urmare, un astfel de sistem este mult mai probabil și se caracterizează prin mare valoare entropie pozitivă. În cazul în care sistemul este comandat, reticulat, apoi se află în poziția relativă a particulei, de obicei, rigid interconectate sau forțele chimice ale interacțiunilor intermoleculare nu au suficiente grade de libertate pentru mișcarea relativă între ele pentru a forma noi combinații de comun acord. Prin urmare, numărul de microstările ale sistemului este mic, iar acesta din urmă se caracterizează printr-o valoare entropie joasă. Pe baza celor de mai sus, procesul determină spontaneitate schimbări entropia pozitive și.

Factorul de entalpie care caracterizează tendința de trecere de la o stare de energie mai mare la o variație mai ridicată a sistemului entalpie exprimat în tranziția de la un stat la altul:

Contribuția totală a ambilor factori se reflectă în expresia potențiale schimbări izobară-izoterme:

Deoarece procesul este determinată de inegalitatea spontaneitatea. puteți vedea că acesta este promovat printr-o schimbare pozitivă în procesul de entropie (tranziția sistemului de la o mai ordonată într-o stare mai puțin ordonată) și o schimbare negativă în entalpie a procesului (de tranziție a sistemului de la o stare de energie mai mare la o mai ridicat).

În cazul general, valoarea determinată prin contribuția combinată a celor doi factori. În acest sens, pot fi identificate 4 cazuri.

1). . În acest caz, procesul de la orice temperatură fezabilă.

2). . În acest caz, procesul este inhibat termodinamic () pe toată gama de condiții (procesul invers se va produce spontan).

3). . În acest caz, procesul este determinată de doi factori de echilibru spontaneitate. proces spontan corespunde condiție. care corespunde intervalului de temperatură. Se poate observa că o astfel de situație se produce la temperaturi ridicate, valoarea limită inferioară este determinată.

4). . Ca și în cazul anterior, procesul de spontan determinat de echilibrul entropiei și entalpia factori. În special, în conformitate cu cerința de natura spontană a procesului este determinată de inegalitatea. care corespunde intervalului de temperatură. Această situație are loc la temperaturi scăzute, valoarea limită superioară este determinată.

Din pozițiile (1), (2), (3)) că valorile. și a determinat starea finală și inițială a sistemului. Aceasta deschide posibilitatea de a determina, pe baza datelor ce caracterizează stările inițiale și finale ale sistemului. Pentru reacțiile chimice

schimbare de entropie în condiții standard (298K, 101,3 kPa) este definit prin:

unde - entropie j-lea și i-lea reactant respectiv în condiții standard.

Valorile entropiile diverse substanțe simple și complexe sunt tabelate în directoare corespunzătoare.

proces Entalpie (schimbare în N) pentru reacția (5) dată de:

și în care - căldura formării produsului j-și agentul i-lea de substanțe simple, în condiții standard.

Modificarea potențialului izobară-izotermice pentru reacția (5) dată de:

și în care - schimbarea-izobarice izoterma potențial în timpul formării reactanților și produșilor de reacție ai substanțelor simple, în condiții standard.

Este evident că forța motrice a procesului () poate fi calculat cu formula (8), în cazul în care există dovezi directe. În cazul în care aceste date nu sunt disponibile, trebuie să fie mai întâi calculat și. apoi din ecuația (4) este determinată.

Valorile și compuși complecși diferiți sunt listate în directoarele respective. și substanțe simple sunt zero.

Secțiunea termodinamica studiază entalpia standard, de formare și metode de calcul, numit termochimie.

Căldura sistemului de reacție chimică influențează starea de energie și poate fi important în selectarea condițiilor de curgere ale unei reacții. Așa cum se va arăta mai jos, la temperatură și presiune constantă, căldura de reacție și entalpie procesului se reflectă astfel contribuția la modificarea potențialului factorului de putere-izobară izoterm.

În conformitate cu legea de conservare a energiei (prima lege a termodinamicii) căldura primită de sistem, există o schimbare în energia sa internă și pentru a efectua munca A:

Ca G și H, energia internă este o funcție a stării sistemului, și, prin urmare, este determinată de modificarea în finală și starea inițială:

Căldură și de muncă nu sunt funcții de stat, deoarece acestea sunt forme de transmitere a energiei și conectate la proces, nu starea sistemului.

În reacții chimice A - lucrare împotriva presiunii externe, adică, la o primă aproximare. în cazul în care - pentru a modifica volumul sistemului.

Deoarece cele mai multe reacții chimice are loc la o presiune constantă, apoi pentru procesul de izobară-izotermă (.), Căldură de reacție este egal cu

Cantitatea numitului proces entalpia (H). Din expresia (11) rezultă că procesul termic la temperatură constantă și funcția condiție de presiune capătă proprietăți, adică Ea nu depinde de modul în care are loc procesul, și este egală cu modificarea entalpie a sistemului

Astfel, entalpia este o funcție de stare, deoarece variația sa este determinată numai de starea inițială și finală a sistemului. Este ușor de văzut că căldura de reacție în procesul izocoră-izotermă (V = const.), Unde. este schimbarea în energia internă a sistemului:

Căldura și procesele chimice care au loc în și. Ei au numit efecte termice.

Calculele se bazează pe efectele termice consecinta a legii Hess: entalpie standardul de formare este egală cu diferența dintre suma căldurilor formării produșilor de reacție și suma căldurilor de formare a materiilor prime cu coeficienții stoechiometrici cu formulele acestor substanțe în ecuația reacției.

Cantitativ entalpia standard de calcul al formării este reprezentat prin formula (7). Caracteristicile de calcul a acestei ecuații sunt:

- în ecuația (7) corespunde valorii stării de agregare în care reactivul sau produsul de reacție intră în ecuația stoechiometrică (5);

- coeficienții ecuației (7) poate fi fracționată în cazul în care este necesar pentru a determina efectul termic asupra unui mol de produși de reacție sau reactanți.

În conformitate cu legea Hess efectul termic al unui proces complex este suma efectelor termice ale etapelor. Astfel, formarea de oxid de carbon (IV) de grafit și de oxigen poate fi privit ca rezultat al interacțiunii directe a substanțelor simple,

sau ca rezultat al procesului care curge prin etapa intermediară de formare a monoxidului de carbon și de ardere (II)

Ecuațiile sumatoare (14) și (15), avem

Comparând ecuația (13) și (16) au.