Wykład 4: Termochemia

Transkrypt

1 Wykład 4: Termchemia Układ i tczenie Energia wewnętrzna, praca bjęt tściwa i entalpia Praw Hessa Cykl kłwy wy Standardwe entalpie twrzenia i spalania Energie wiąza zań chemicznych Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/1 dr hab. W. Makwski Układ i tczenie Układ - pewna część przyrdy, której zachwanie nas interesuje. Wszystk, c jest pza układem, nazywamy jeg tczeniem. Układ twarty - wymienia masę i energię z tczeniem Układ zamknięty - wymienia energię z tczeniem Układ izlwany nie wymienia ani masy, ani energii z tczeniem Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/2 dr hab. W. Makwski 1

2 Energia wewnętrzna (U) Funkcja termdynamiczna, ddająca całkwity zapas energii daneg układu. Uwzględnia: energię kinetyczną atmów w i cząsteczek energię ddziaływa ywań elektrnów w i jąder j atmów energię ddziaływa ywań jądrwych (pmiędzy nuklenami) Nie uwzględnia: energii kinetycznej i ptencjalnej układu jak całści ci Nie mŝna zmierzyć abslutnej wartści energii wewnętrznej układu MŜna wyznaczać zmiany energii wewnętrznej układu w reakcjach chemicznych i przemianach fizycznych Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/3 dr hab. W. Makwski I zasada termdynamiki U = q+ w układ ddaje ciepł ΔU < 0 układ pbiera ciepł ΔU > 0 układ wyknuje pracę ΔU < 0 tczenie wyknuje pracę ΔU > 0 praca bjęt tściwa w = p(v 2 V 1 ) Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/4 dr hab. W. Makwski 2

3 Ciepł reakcji U = q+ w V = cnst w= 0 U = q V praca bjęt tściwa Ciepł reakcji (przemiany) w warunkach iztermiczn- izchrycznych jest równe r zmianie energii wewnętrznej H = U+ pv Entalpia (H) H = U + p V + V p= q+ w+ p V = q p V + p V = q H = q p zer! Ciepł reakcji (przemiany) w warunkach iztermiczn- izbarycznych jest równe r zmianie entalpii Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/5 dr hab. W. Makwski Praw Hessa Energia wewnętrzna i entalpia sąs funkcjami stanu U = U H = H ( p T, V, c, c,,...), 1 2 c3 ( p T, V, c, c,,...), 1 2 c3 ich wartść zaleŝy y wyłą łącznie d wartści parametrów w stanu układu, Ciepł reakcji w warunkach iztermiczn-izchrycznych izchrycznych (q( V ) raz ciepł reakcji w warunkach iztermiczn-izbarycznych izbarycznych (q( p ) zaleŝą tylk d stanu pczątkweg i kńcweg układu nie zaleŝą natmiast d drgi, na jakiej reakcja zstała przeprwadzna Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/6 dr hab. W. Makwski 3

4 Cykl kłwy wy Sumaryczny efekt cieplny w zamkniętym cyklu kłwym wym jest równy r zer qi = 0 wny zer i q 1 B stan pczątkwy kńcwy D = A q 2 q 3 C Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/7 dr hab. W. Makwski Cykl kłwy wy - bliczenia Przykład: C (grafit) + ½O 2 (g) = CO (g) - nie mŝna zmierzyć bezpśredni ciepła a reakcji C (grafit) + ½O 2 (g) = CO (g) ΔH 1 = x CO (g), ½O 2 (g) C (grafit (grafit), O 2 (g) 2 (g) CO (g) (g) + O 2 (g) = CO 2(g) ΔH 2 = -283,0 kj/ml C (grafit) + O 2 (g) = CO 2(g) ΔH 3 = -392,5 kj/ml CO 2(g) ΔH + ΔH ΔH 3 = 0 x + (-283,0)( (-392,5) = 0 x = -110,5 kj/ml Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/8 dr hab. W. Makwski 4

5 Standardwa entalpia twrzenia H tw t entalpia reakcji, w której jeden ml substancji pwstaje z pierwiastków w w ich stanach pdstawwych /w warunkach standardwych (T=298,15K, p=10 5 Pa)/ Standardwe entalpie twrzenia pierwiastków w sąs równe zer Dla dwlnej reakcji substraty H r prdukty ν entalpii twrzenia substratów ν H r = i Htw, i j Htw, j i= prd j= subst pierwiastki entalpii twrzenia prduktów ν i, ν j współczynniki stechimetryczne Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/9 dr hab. W. Makwski Standardwe entalpie twrzenie - bliczenia Przykład: Obliczanie standardwej entalpii spalania izktanu C 8 H 18 (c) + 12½ O 2 (g) = 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O (c) ΔH θ r ΔH θ tw C8H18(c) 8 C (grafit), 12½ O 2(g) 8ΔH θ tw CO2(g) + 9ΔH9 θ tw tw H2O(c) ΔH θ r + ΔHθ tw C8H18(c) (8ΔH θ tw CO2(g) + 9ΔH9 θ tw H2O(c) ) = 0 ΔH θ r = 8ΔHθ tw CO2(g) + 9ΔH9 θ tw H2O(c) - ΔH θ tw tw C8H18(c) ΔH θ r = 8 (-393,5) (-285,1) 9 - (-255,1) = kj/ml Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/10 dr hab. W. Makwski 5

6 Energia wiązania H D t standardwa entalpia reakcji, w której jeden ml cząsteczek substancji ulega dyscjacji na atmy Wartści energii wiąza zań są bliczane w wyniku uśrednienia. u Obliczenia z uŝyciem u energii wiąza zań nie sąs dkładne. Dla dwlnej reakcji substraty H r prdukty H r = i i= w. zerwane n H D, i ν H j j= w. utwrzne energii wiąza zań substratów D, j prdukty dyscjacji cząsteczek atmy energii wiąza zań prduktów Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/11 dr hab. W. Makwski Energie wiąza zań bliczenia Przykład: Obliczanie standardwej entalpii uwdrnienia etylenu C 2 H 4 (g) + H 2 (g) = C 2 H 6 (g) ΔH θ r ΔH θ D C=C + 4 ΔH θ D C-H ΔH θ D C-CC + 6 ΔH θ D C-H + ΔH θ D H-H 2 C, 6 H ΔH θ r + ΔHθ D C-C C + 6ΔH6 θ D C-H (ΔHθ D C=C + 4ΔH4 θ D C-H + ΔHθ D H-H ) = 0 ΔH θ r + ΔHθ D C-C C + 2ΔH2 θ D C-H - ΔHθ D C=C - ΔHθ D H-H = 0 ΔH θ r = ΔHθ D C=C + ΔHθ D H-H - ΔHθ D C-C C - 2ΔH θ D C-H ΔH θ r = = -134 kj/ml z entalpii twrzenia kj/ml Wydział Chemii UJ Pdstawy chemii - wykład 4/12 dr hab. W. Makwski 6