ΧΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών Κεφ2 ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ

Κεφάλαιο «ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ» • Παρ. «Μεταβολή ενέργειας κατά τις χημικές μετα- βολές. Ενδόθερμες-εξώθερμες αντιδράσεις Θερμότητα αντίδρασης - ενθαλπία» ΕΚΤΟΣ ΤΩΝ υποενοτήτων: «Ενθαλπία αντίδρασης - ΔΗ», «Πρότυπη ενθαλπία αντίδρασης, ΔΗ0 », «Πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού, ΔΗ0 f », «Πρότυπη ενθαλπία καύ- σης, ΔΗ0 c », «Πρότυπη ενθαλπία εξουδετέρωση, ΔΗ0 n », «Πρότυπη ενθαλπία διάλυσης, ΔΗ0 sol» και «Ενθαλπία δεσμού, ΔΗ0 B ». Κεφάλαιο «ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ» • Παρ. «Γενικά για τη χημική κινητική και τη χημική αντίδραση - Ταχύτητα αντίδρασης» μέχρι και το 1ο Πα- ράδειγμα με την Εφαρμογή του.

ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ

(σελ43-46) Μεταβολή ενέργειας κατά τις χημικές μεταβολές. Ενδόθερμες-εξώθερμες αντιδράσεις

 Θερμότητα αντίδρασης - ενθαλπία

Η ιδέα της ενέργειας που μπορεί να περικλείει ένα σώμα δεν μας είναι ξένη.

 Ενέργεια λόγω θέσης ή κατάστασης : ενας καταρράκτης ή ένα ελατήριο περιλαμβάνουν δυναμική ενέργεια 

 Ενέργεια λόγω κίνησης: ένα σώμα  που πέφτει,   ή οι ροδες των αυτοκινήτων  περιλαμβάνουν κινητική ενέργεια λόγω ευθύγραμμης κίνησης  ή περιστροφής αντίστοιχα

 Ηλεκτρική ενέργεια δυό φορτισμένων σωμάτων που έλκονται ή απωθούνται που περιγράφεται από αντίστοιχους νόμους.

Ηλεκτρομαγνητική ενέργεια  ενός συστήματος με πυκνωτές και πηνία, ή μιας κεραίας που εκπέμπει το σήμα ενός ραδιοφωνικού ή τηλεοπτικού σταθμού. Το δυναμό που κινεί μια μηχανή

Έτσι θα σκεφτούμε τον μικρόκοσμο των ατόμων και των μορίων. Και θα δεχθούμε (εφ όσον σήμερα υπάρχουν οι θεωρητικές και πειραματικές αποδείξεις πως σε κάποια άλλη κλίμακα στον μικρόκοσμο συναντάμε τα ίδια φαινόμενα

Εάν κάνουμε μια ακόμα πιο μεγάλη μεγέθυνση θα βρεθούμε στον πυρήνα των ατόμων. Η ενέργεια εκεί εμφανίζει αντίστοιχα ή παραπλήσια φαινόμενα αλλά δεν θα εξεταστούν στο κεφάλαιο αυτό

Εδώ θα πληροφορηθούμε για την ενέργεια που συνοδεύει   ατόμα και μόρια της ύλης κατά τις μεταξύ τους σχέσεις και συγκεκριμένες ενώσεις. 

Γνωρίζουμε όμως την προέλευσή τους για τέτοιου τύπου  ενέργειας .στον μικρόκοσμο των ατόμων μορίων

Οφείλονται στις έλξεις μεταξύ των μορίων (δυνάμεις υδρογόνου και Van der walls)

Οφείλονται στις δυνάμεις των δεσμών των ατόμων ώστε να σχηματίσουν τα μόρια. Δυνάμεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων (ιοντικές δυνάμεις) και δυνάμεις ομοιοπολικού δεσμού (ηλεκτρομαγνητικές)

Οφείλονται ακόμα στην έλξη των υποατομικών σωματιδίων του πυρήνα με τα ηλεκτρόνια των στοιβάδων.

Ακόμα οφείλονται στις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των μορίων μιας διαλυμένης ουσίας και των μορίων του διαλύτη

Σε αυτές οι ενέργειες όμως είναι πολύ δύσκολο να μετρηθούν τα καθαρά ποσά τους. 

 Είναι όμως δυνατόν να μετρηθούν οι μεταβολές που συμβαίνουν όταν γίνονται χημικές αντιδράσεις.

Χημική Θερμοδυναμική είναι ο

 κλάδος της Χημείας που μελετά όλες τις ενεργειακές μετατροπές που συνοδεύουν μια χημική μετατροπή (χημική αντίδραση) 

Αυτή η μεταβολή στην ενέργεια πριν και μετά την αντίδραση εμφανίζεται σαν η διαφορά στην ενέργεια μεταξύ των αντιδρώντων και των προιόντων

Εφ όσον το σύστημα που αντιδρά δεν είναι μονωμένο αυτό το ποσό της ενέργειας ( η διαφορά ενέργειας μεταξύ αντιδρώντων και προιόντων) εκλύεται στο περιβάλλον ή απορροφάται από το περιβάλλον.

Αυτό μπορεί να γίνει με την μορφή ηλεκτρικής ενέργειας (που την εξετάζει η ηλεκτροχημεία), με την μορφή φωτεινής ενέργειας που την εξετάζει η φωτοχημεία ή το πιο συνηθισμένο, με την μορφή θερμικής  ενέργειας που την εξετάζει η θερμοχημεία που θα μας απασχολήσει

Στην θερμοχημεία η ενεργειακή μεταβολή που συμβαίνει κατά την χημική αντίδραση, ενσωματώνεται στην χημική εξίσωση και αυτή παίρνει πλέον την μορφή της θερμοχημικής εξίσωσης.

Στην αρχή η θερμότητα που μεταβάλλονταν γραφόταν στο δεύτερο μέλος, με πρόσημο θετικό για αντιδράσεις που ελευθέρωναν ενέργεια στο περιβάλλον (εξώθερμες ) και με πρόσημο αρνητικό, για αντιδράσεις που για να γίνουν απορροφούσαν ενέργεια.

Παράδειγμα: Η εξώθερμη καύση του μεθανίου στην οποία με κάθε mol που καίγεται ελευθερώνεται θερμότητα 890kj έχουμε

CH4(g) + 2O2(g)  -> CO(g)  +  2H2O(l)  +890kj  

Η διάσπαση του διοξείδιου του άνθρακα στα σοιχεία του είναι ενδόθερμη αντίδραση και για να μεταβούμε από τα αντιδρώντα στα προιόντα το σύστημα απορροφά θερμότητα.

CO2(g) -> C +O2(g) - 393,5kj

H ενέργεια που ελευθερώνεται ή απορροφάται, σε μια χημική  αντίδραση είναι το επιπλέον ποσό που περιείχαν συνολικά τα αντιδρώντα ή το επιπλέον ποσό που αποταμιεύθηκε στα προιόντα μετά την αντίδραση

Πως θα καθορίσουμε το ποσό της ενέργειας που περικλεέιεται στα αντιδρώντα και τα προιόντα μιας χημικής αντίδρασης;

Με την εισαγωγή ενός νέου μεγέθους της ενθαλπίας  (Η)

 Σε χημικές  αντιδράσεις δεν συμπεριλαμβάνουμε πλέον την ενέργεια που εκλύεται ή απορροφάται όταν γίνεται η αντίδραση, αλλά στο τέλος της αντίδρασης σημειώνουμε την μεταβολή της ενθαλπίας, (δηλαδή του ενεργειακού περιεχόμενου των προιόντων μείον το ενεργειακό περιεχόμενο των αντιδρώντων) Είναι προφανές ότι μεταβολή της ενθαλπίας των σωμάτων που δημιουργούν την χημική αντίδραση έχει αντίθετο πρόσημο από την ενέργεια που εκλύεται ή απορροφάται 

Στις εξώθερμες (με θετικό Q) , εφόσον τα προιόντα που παράγονται έχουν μικρότερο ενεργειακό περιεχόμενο από τα αντιδρώντα τοΔΗ είναι αρνητικό

και αντίθετα στις ενδόθερμες (με αρνητικό Q) , εφόσον τα προιόντα που παράγονται έχουν μικρότερο ενεργειακό περιεχόμενο από τα αντιδρώντα τοΔΗ είναι θετικό

CH4(g) + 2O2(g)  -> CO(g)  +  2H2O(l)  ΔΗ=-890kj  

CO2(g) -> C +O2(g)   ΔΗ= 393,5kj

(σελ 53) Θερμιδομετρία - Νόμοι Θερμιδομετρίας

Μέτρηση της θερμότητας μιας αντίδρασης σε ειδική συσκευή που ονομάζεται θερμιδόμετρο. Όταν η χημική αντίδραση γίνεται μέσα σε ένα θερμιδόμετρο βόμβας  η θερμοτητα που εκλύεται ή απορροφάται επιρρεάζει μόνο το θερμιδόμετρο που είναι μονωμένο από το περιβάλλον. Μετρώντας την μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού στο θερμιδόμετρο και γνωρίζοντας την θερμοχωρητικότητά του, μπορούμε να υπολογίσουμε την συνολική θερμότητα που εκλύθηκε ή απορροφήθηκε από μια χημική αντίδραση, αθροίζοντας την θερμότητα που απορρόφησε το νερό (1) και αυτήν που απορρόφησε η συσκευή

1. Η θερμότητα που απορροφά το νερό δίνεται από τον τύπο Qνερό=m.c.ΔΤ

2. Η θερμότητα που απορροφά η συσκευή του θερμιδόμετρου :Q βομβας=Θερμοχωρητικότητα.ΔΤ

(σελ 54-57)  Νόμοι θερμοχημείας

Νόμος (αρχή) Lavoisier Laplace

Το ποσό της θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται για μια αντίδραση, κατά την σύνθεση ενός mol μιας χημικής ένωσης είναι ίσο με αυτό που απορροφάται ή εκλύεται κατά την αποσύνθεση ενός mol της ίδιας  χημικής ένωσης (αντίθετο πρόσημο στην Q)

C(g)+ 4H(g)  - > CH4(g)  + 1660 kJ

CH4(g)  -> C(g)+ 4H(g)  -1660 kJ

Αυτό επεκτείνεται και στον υπολογισμό της μεταβολής της ενθαλπίας 

C(g)+ 4H(g)  - > CH4(g) ΔΗ=- 1660 kJ

CH4(g)  -> C(g)+ 4H(g)   ΔΗ= +1660 kJ

Νόμος του Hess

Το ποσό της θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται σε μια αντίδραση, είναι ανεξάρτητο από τα στάδια που πραγματοποιείται αυτή

Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να παραχθεί απο την πλήρη καύση του άνθρακα με έκλυση θερμότητας 393,5kJ ή ΔΗ =-393,5 kJ

C(s)+O 2(g)  - > CO2(g)   ΔΗ1 = -393,5 kJ

όμως μπορεί να πραγματοποιηθεί και σε δυοδιαδοχικά  στάδια

1ο στάδιο καύση του άνθρακα προς μονοξείδιο του άνθρακα με έκλυση θερμότητας 110,5,5kJ ή αντίστοιχη μείωση της ενθαλπίας

ΔΗ =-110,5 kJ

C(s)+1/2O2(g) -> CO(g) ΔΗ3 = -110.5 kJ

2ο στάδιο καύση του  μονοδείδιο του άνθρακα προς διοξείδιο του άνθρακα με έκλυση θερμότητας 283kJ ή αντίστοιχη μείωση της ενθαλπίας ΔΗ =283 kJ

CO(g)+1/2O2(g) -> CO2(g) ΔΗ2 = -283 kJ

Παρατηρούμε ότι αν αθροίσουμε την θερμότητα από τις διαδοχικές αντιδράσεις 1 και 2 παίρνουμε την θερμότητα της αρχικής συνολικής

Χρησιμοποιώντας αυτούς τους δυο νόμους μπορούμε να κάνουμε υπολογισμούς και να βρούμε θερμότητες σχηματισμού ή άλλων αντιδράσεων που είναι δύσκολο να υπολογιστούν διαφορετικά

ΠΗΓΕΣ

www.darkvud.com940 × 637

en.wikipedia.org4390 × 5852