Hoewel bekendheid met de term ‘thermisch effect’ chemische reactie“Voor de meesten komt het voor in de scheikundelessen, maar het wordt op grotere schaal gebruikt. Het is moeilijk om een ​​werkterrein voor te stellen waar dit fenomeen niet zou worden gebruikt.

Laten we van slechts enkele ervan een voorbeeld geven, waarbij kennis van wat het thermische effect van een reactie is noodzakelijk is. Momenteel ontwikkelt de auto-industrie zich in een fantastisch tempo: het aantal auto’s neemt jaarlijks meerdere keren toe. Tegelijkertijd is benzine de belangrijkste energiebron voor hen (alternatieve ontwikkelingen zijn tot nu toe slechts in een paar prototypes belichaamd). Om de kracht van het affakkelen van de brandstof aan te passen, worden speciale additieven gebruikt om de intensiteit van de ontploffing te verminderen. Een sprekend voorbeeld is monomethylaniline. Wanneer dit is verkregen, wordt het thermische effect van de reactie berekend, in dit geval -11-19 kJ/mol.

Een ander toepassingsgebied is de voedingsmiddelenindustrie. Zonder twijfel heeft iemand aandacht besteed aan het caloriegehalte van een bepaald product. In dit geval houden het caloriegehalte en het thermische effect van de reactie rechtstreeks verband met elkaar, omdat er warmte vrijkomt tijdens de oxidatie van voedsel. Door uw dieet aan te passen op basis van deze gegevens, kunt u een aanzienlijke vermindering van het lichaamsgewicht bereiken. Ondanks het feit dat het thermische effect van een reactie wordt gemeten in joule, is er een directe relatie tussen deze en calorieën: 4 J = 1 kcal. Bij voedingsmiddelen wordt doorgaans de berekende hoeveelheid (gewicht) aangegeven.

Laten we nu naar de theorie kijken en een definitie geven. Het thermische effect geeft dus aan wat er vrijkomt of wordt geabsorbeerd door het systeem terwijl het er doorheen stroomt. Het is de moeite waard om te bedenken dat er naast warmte ook straling kan worden gegenereerd. Het thermische effect van een chemische reactie is numeriek gelijk aan het verschil tussen de energieniveaus van het systeem: initieel en resterend. Als tijdens het reactieproces warmte uit de omringende ruimte wordt opgenomen, spreken we van een endotherm proces. Dienovereenkomstig is het vrijkomen van thermische energie kenmerkend voor een exotherm proces. Ze zijn vrij eenvoudig te onderscheiden: als de waarde van de totale energie die vrijkomt als gevolg van de reactie groter is dan de waarde die is verbruikt om deze te starten (bijvoorbeeld thermische energie het verbranden van brandstof), dan is er sprake van exothermie. Maar voor de ontleding van water en steenkool in waterstof is het noodzakelijk om extra energie aan verwarming te besteden, zodat de absorptie ervan plaatsvindt (endothermie).

Het thermische effect van een reactie kan worden berekend met behulp van bekende formules. In berekeningen wordt het thermische effect aangegeven met de letter Q (of DH). Het verschil zit in het type proces (endo of exo), dus Q = - DH. Thermochemische vergelijkingen vereisen de indicatie van het thermische effect en de reagentia (de omgekeerde berekening is ook correct). De eigenaardigheid van dergelijke vergelijkingen is de mogelijkheid om de omvang van thermische effecten en de stoffen zelf naar verschillende delen over te brengen. Het is mogelijk om de formules zelf per term af te trekken of op te tellen, maar houd er rekening mee

Laten we een voorbeeld geven van de reacties van koolstof en waterstof:

1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 890 kJ

2) C + O2 = CO2 + 394 kJ

3) 2H2 + O2 = 2H2O + 572 kJ

Trek nu 2 en 3 af van 1 (rechter delen van rechter delen, linker delen van linker delen).

Als resultaat krijgen we:

CH4 - C - 2 H4 = 890 - 394 - 572 = - 76 kJ.

Als we alle delen met -1 vermenigvuldigen (verwijder de negatieve waarde), krijgen we:

C + 2H2 = CH4 + 76 kJ/mol.

Hoe kun je het resultaat interpreteren? Het thermische effect dat optreedt tijdens de vorming van methaan uit waterstof en koolstof zal 76 J bedragen voor elke geproduceerde mol gas. Uit de formules volgt ook dat het wel opvalt we praten over over een exotherm proces. Dergelijke berekeningen vermijden de noodzaak van directe laboratoriumexperimenten, die vaak moeilijk zijn.

Elke chemische reactie gaat gepaard met het vrijkomen of absorberen van energie in de vorm van warmte.

Op basis van het vrijkomen of absorberen van warmte maken ze onderscheid exotherm En endotherm reacties.

Exotherm reacties zijn reacties waarbij warmte vrijkomt (+Q).

Endotherme reacties zijn reacties waarbij warmte wordt geabsorbeerd (-Q).

Thermisch effect van reactie (Q) is de hoeveelheid warmte die vrijkomt of wordt geabsorbeerd tijdens de interactie van een bepaalde hoeveelheid initiële reagentia.

Een thermochemische vergelijking is een vergelijking die het thermische effect van een chemische reactie specificeert. De thermochemische vergelijkingen zijn dus bijvoorbeeld:

Er moet ook worden opgemerkt dat de thermochemische vergelijkingen in verplicht moet informatie bevatten over de geaggregeerde toestanden van reagentia en producten, aangezien de waarde van het thermische effect hiervan afhangt.

Berekeningen van het thermische effect van de reactie

Een voorbeeld van een typisch probleem om het thermische effect van een reactie te vinden:

Wanneer 45 g glucose reageert met overtollige zuurstof volgens de vergelijking

C 6 H 12 O 6 (vast) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q

Er kwam 700 kJ warmte vrij. Bepaal het thermische effect van de reactie. (Schrijf het getal op tot het dichtstbijzijnde gehele getal.)

Oplossing:

Laten we de hoeveelheid glucose berekenen:

n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol

Die. Wanneer 0,25 mol glucose interageert met zuurstof, komt er 700 kJ warmte vrij. Uit de thermochemische vergelijking die in de voorwaarde wordt gepresenteerd, volgt dat de interactie van 1 mol glucose met zuurstof een hoeveelheid warmte produceert die gelijk is aan Q (thermisch effect van de reactie). Dan klopt de volgende verhouding:

0,25 mol glucose - 700 kJ

1 mol glucose - Q

Uit deze verhouding volgt de overeenkomstige vergelijking:

0,25 / 1 = 700 / Q

Als we dit oplossen, vinden we dat:

Het thermische effect van de reactie is dus 2800 kJ.

Berekeningen met behulp van thermochemische vergelijkingen

Veel vaker binnen Unified State Exam-opdrachten in de thermochemie is de waarde van het thermische effect al bekend, omdat de voorwaarde geeft de volledige thermochemische vergelijking.

In dit geval is het noodzakelijk om ofwel de hoeveelheid warmte te berekenen die vrijkomt/geabsorbeerd wordt met een bekende hoeveelheid van een reagens of product, of, omgekeerd, uit een bekende warmtewaarde moet men de massa, het volume of de hoeveelheid van een warmte bepalen. stof van elke deelnemer aan de reactie.

voorbeeld 1

Volgens de thermochemische reactievergelijking

3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ

Er werd 68 g aluminiumoxide gevormd. Hoeveel warmte kwam er vrij? (Schrijf het getal op tot het dichtstbijzijnde gehele getal.)

Oplossing

Laten we de hoeveelheid aluminiumoxidesubstantie berekenen:

n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol

Volgens de thermochemische reactievergelijking komt er bij de vorming van 4 mol aluminiumoxide 3330 kJ vrij. In ons geval wordt 0,6667 mol aluminiumoxide gevormd. Nadat we de hoeveelheid warmte die in dit geval vrijkomt, hebben aangegeven met x kJ, creëren we de verhouding:

4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ

0,667 mol A1203 - x kJ

Deze verhouding komt overeen met de vergelijking:

4 / 0,6667 = 3330 /x

Als we dit oplossen, vinden we dat x = 555 kJ

Die. wanneer 68 g aluminiumoxide wordt gevormd in overeenstemming met de thermochemische vergelijking in deze toestand, komt 555 kJ warmte vrij.

Voorbeeld 2

Als resultaat van een reactie, waarvan de thermochemische vergelijking

4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ

Er kwam 1655 kJ warmte vrij. Bepaal het volume (l) vrijgekomen zwaveldioxide (aantal). (Schrijf het getal op tot het dichtstbijzijnde gehele getal.)

Oplossing

Volgens de thermochemische reactievergelijking komt er bij de vorming van 8 mol S02 3310 kJ warmte vrij. In ons geval kwam er 1655 kJ warmte vrij. Laat de gevormde hoeveelheid S02 in dit geval x mol zijn. Dan is de volgende verhouding redelijk:

8 mol SO 2 - 3310 kJ

x mol SO 2 - 1655 kJ

Hieruit volgt de vergelijking:

8 / x = 3310 / 1655

Als we dit oplossen, vinden we dat:

De hoeveelheid gevormde S02-stof bedraagt ​​in dit geval dus 4 mol. Daarom is het volume gelijk aan:

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(afgerond op hele getallen, aangezien dit vereist is in de voorwaarde.)

Er kunnen meer geanalyseerde problemen met het thermische effect van een chemische reactie worden gevonden.

Of een verandering in de enthalpie van een systeem als gevolg van het optreden van een chemische reactie - de hoeveelheid warmte die wordt toegeschreven aan de verandering in een chemische variabele die wordt ontvangen door het systeem waarin de chemische reactie plaatsvond en de reactieproducten de temperatuur aannamen van de reactanten.

Om het thermische effect een hoeveelheid te laten zijn die alleen afhangt van de aard van de voortdurende chemische reactie, moet aan de volgende voorwaarden worden voldaan:

• De reactie moet bij constant volume plaatsvinden Q v (isochorisch proces), of at constante druk Q p (isobaar proces).
• In het systeem worden geen werkzaamheden uitgevoerd, behalve de uitbreidingswerkzaamheden die mogelijk zijn bij P = const.

Als de reactie wordt uitgevoerd op standaard voorwaarden bij T = 298,15 K = 25 ˚C en P = 1 atm = 101325 Pa wordt het thermische effect het standaard thermische effect van de reactie of de standaard reactie-enthalpie Δ genoemd H rO. In de thermochemie wordt de standaard reactiewarmte berekend met behulp van standaard vormingsenthalpieën.

Standaard vormingsenthalpie (standaard vormingswarmte)

Onder de standaard vormingswarmte wordt verstaan ​​het thermische effect van de reactie waarbij één mol van een stof wordt gevormd eenvoudige stoffen, de componenten ervan, die zich in een stabiele standaardstatus bevinden.

De standaardvormingsenthalpie van 1 mol methaan uit koolstof en waterstof is bijvoorbeeld gelijk aan het thermische effect van de reactie:

C(tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol.

De standaardvormingsenthalpie wordt aangegeven met Δ H voor. Hier betekent de index f formatie, en de doorgestreepte cirkel, die doet denken aan een Plimsol-schijf, betekent dat de waarde verwijst naar de standaardtoestand van de materie. Een andere aanduiding voor standaardenthalpie wordt vaak in de literatuur aangetroffen: ΔH 298,15 0, waarbij 0 een druk aangeeft die gelijk is aan één atmosfeer (of, iets preciezer, standaardomstandigheden), en 298,15 de temperatuur is. Soms wordt index 0 gebruikt voor hoeveelheden die verband houden met pure substantie, waarbij wordt bepaald dat het alleen mogelijk is om er standaard thermodynamische grootheden mee aan te duiden als een zuivere stof als standaardtoestand wordt gekozen. Zo kan bijvoorbeeld ook de toestand van een stof in een extreem verdunde oplossing als standaard worden aanvaard. ‘Plimsoll-schijf’ betekent in dit geval de werkelijke standaardtoestand van de materie, ongeacht de keuze ervan.

De vormingsenthalpie van eenvoudige stoffen wordt gelijk gesteld aan nul, en de nulwaarde van de vormingsenthalpie verwijst naar de aggregatietoestand, stabiel bij T = 298 K. Bijvoorbeeld voor jodium in de kristallijne toestand Δ H I 2 (tv) 0 = 0 kJ/mol, en voor vloeibaar jodium Δ H I 2 (g) 0 = 22 kJ/mol. De enthalpieën van de vorming van eenvoudige stoffen onder standaardomstandigheden zijn hun belangrijkste energiekenmerken.

Het thermische effect van elke reactie wordt gevonden als het verschil tussen de som van de vormingswarmte van alle producten en de som van de vormingswarmte van alle reactanten in een bepaalde reactie (een gevolg van de wet van Hess):

Δ H reacties O = ΣΔ H f O (producten) - ΣΔ H f O (reagentia)

Thermochemische effecten kunnen in chemische reacties worden opgenomen. Chemische vergelijkingen die de hoeveelheid warmte aangeven die vrijkomt of wordt geabsorbeerd, worden thermochemische vergelijkingen genoemd. Reacties die gepaard gaan met het vrijkomen van warmte in de omgeving hebben een negatief thermisch effect en worden exotherm genoemd. Reacties die gepaard gaan met de absorptie van warmte hebben een positief thermisch effect en worden endotherm genoemd. Het thermische effect heeft gewoonlijk betrekking op één mol gereageerd uitgangsmateriaal waarvan de stoichiometrische coëfficiënt maximaal is.

Temperatuurafhankelijkheid van het thermische effect (enthalpie) van de reactie

Om de temperatuurafhankelijkheid van de enthalpie van een reactie te berekenen, is het noodzakelijk om de molaire warmtecapaciteiten te kennen van de stoffen die aan de reactie deelnemen. De verandering in de enthalpie van de reactie bij toenemende temperatuur van T 1 naar T 2 wordt berekend volgens de wet van Kirchhoff (aangenomen wordt dat in dit temperatuurbereik de molaire warmtecapaciteiten niet afhankelijk zijn van de temperatuur en dat er geen fasetransformaties zijn):

Als fasetransformaties optreden in een bepaald temperatuurbereik, dan is het bij de berekening noodzakelijk om rekening te houden met de hitte van de overeenkomstige transformaties, evenals met de verandering temperatuur afhankelijkheid warmtecapaciteit van stoffen die dergelijke transformaties hebben ondergaan:

waarbij AC p (T 1 ,T f) de verandering in warmtecapaciteit is in het temperatuurbereik van T 1 tot de faseovergangstemperatuur; ACp (Tf,T2) is de verandering in warmtecapaciteit in het temperatuurbereik van de faseovergangstemperatuur tot de eindtemperatuur, en Tf is de faseovergangstemperatuur.

Standaard verbrandingsenthalpie - Δ H hor o, het thermische effect van de verbrandingsreactie van één mol van een stof in zuurstof op de vorming van oxiden in hoogste graad oxidatie. Er wordt aangenomen dat de verbrandingswarmte van niet-brandbare stoffen nul is.

Standaardoplossingsenthalpie - Δ H oplossing, het thermische effect van het proces waarbij 1 mol van een stof in een oneindig grote hoeveelheid oplosmiddel wordt opgelost. Het is samengesteld uit de vernietigingswarmte van het kristalrooster en de hydratatiewarmte (of de solvatatiewarmte voor niet-waterige oplossingen), die vrijkomt als resultaat van de interactie van oplosmiddelmoleculen met moleculen of ionen van de opgeloste stof bij de vorming van verbindingen met variabele samenstelling - hydraten (solvaten). Verwoesting kristal rooster, in de regel een endotherm proces - Δ H resh > 0, en ionenhydratatie is exotherm, Δ H hydr< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH resh en Δ H hydr oplossingsenthalpie kan zowel positieve als negatieve waarden hebben. Het oplossen van kristallijn kaliumhydroxide gaat dus gepaard met het vrijkomen van warmte:

Δ H oplossenKOH o = Δ H beslissen + Δ H hydrK + o + Δ H hydroOH − o = −59 KJ/mol

Onder de enthalpie van hydratatie - Δ H hydr, verwijst naar de warmte die vrijkomt wanneer 1 mol ionen van vacuüm naar oplossing gaat.

Standaard neutralisatie-enthalpie - Δ H neutronenenthalpie van interactiereactie sterke zuren en basen om 1 mol water te vormen onder standaardomstandigheden:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O H + + OH − = H 2 O, ΔH neutr ° = −55,9 kJ/mol

De standaard neutralisatie-enthalpie voor geconcentreerde oplossingen van sterke elektrolyten hangt af van de ionenconcentratie, als gevolg van de verandering in de ΔH-waarde van hydratatie ° van de ionen bij verdunning.

Opmerkingen

Literatuur

• Knorre D.G., Krylova L.F., Muzykantov V.S. Fysische chemie. - M.: afstuderen, 1990
• AtkinsP. Fysische chemie. - Moskou. : Wereld, 1980

Stichting Wikimedia. 2010.

Zie wat “Thermisch effect van een chemische reactie” is in andere woordenboeken:

thermisch effect van een chemische reactie- Warmte die wordt geabsorbeerd (vrijgegeven) als gevolg van de chemische omzetting van uitgangsstoffen in reactieproducten in hoeveelheden die overeenkomen met de vergelijking van een chemische reactie onder de volgende omstandigheden: 1) het enige mogelijke werk in dit geval is... ... Handleiding voor technische vertalers

Thermisch effect van een chemische reactie- – warmte die wordt geabsorbeerd (vrijgegeven) als gevolg van de chemische omzetting van uitgangsstoffen in reactieproducten in hoeveelheden die overeenkomen met de vergelijking van de chemische reactie onder de volgende omstandigheden: ... ... Encyclopedie van termen, definities en uitleg van bouwmaterialen

thermisch effect van een chemische reactie- thermisch effect van een chemische reactie; thermisch effect De som van de warmte die door het systeem wordt geabsorbeerd en alle soorten werk dat eraan wordt verricht, behalve de arbeid van externe druk, en alle grootheden zijn gerelateerd aan dezelfde temperatuur van de begin- en eindtemperatuur... ...

thermisch effect- chemische reactie; thermisch effect De som van de warmte die door het systeem wordt geabsorbeerd en alle soorten werk dat eraan wordt verricht, behalve de arbeid van externe druk, en alle grootheden zijn gerelateerd aan dezelfde temperatuur van de begin- en eindtoestand van het systeem... Polytechnisch terminologisch verklarend woordenboek

De hoeveelheid warmte die door een systeem wordt vrijgegeven of geabsorbeerd tijdens een chemische reactie. Het thermische effect van arbeid is gelijk aan de verandering interne energie systeem met een constant volume of een verandering in de enthalpie bij constante druk en de afwezigheid van extern werk ... Groot encyclopedisch woordenboek

De hoeveelheid warmte die door een systeem wordt vrijgegeven of geabsorbeerd tijdens een chemische reactie. Het thermische effect van een reactie is gelijk aan de verandering in de interne energie van het systeem bij constant volume of de verandering in de enthalpie bij constante druk en geen arbeid... ... encyclopedisch woordenboek

thermische effect van reactie- de hoeveelheid warmte die vrijkomt of wordt geabsorbeerd in een thermodynamisch systeem tijdens een chemische reactie, op voorwaarde dat het systeem geen andere arbeid verricht dan tegen externe druk in, en de temperatuur ... ... Encyclopedisch woordenboek van de metallurgie

De algebraïsche som van de warmte die wordt geabsorbeerd tijdens een bepaalde chemische reactie (zie Chemische reacties), en de perfectie extern werk minus werk tegen externe druk. Als er warmte vrijkomt tijdens een reactie of als er arbeid wordt verricht door het systeem... Grote Sovjet-encyclopedie

isobaar thermisch effect- Thermisch effect van een chemische reactie die plaatsvindt bij constante druk... Polytechnisch terminologisch verklarend woordenboek

isochoor thermisch effect- Thermisch effect van een chemische reactie die plaatsvindt bij een constant volume... Polytechnisch terminologisch verklarend woordenboek

7. Bereken het thermische effect van de reactie onder standaardomstandigheden: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), als de vormingswarmte: Fe 2 O 3 (t) = – 821,3 kJ/mol; ) = – 110,5 kJ/mol;

CO 2 (g) = – 393,5 kJ/mol.

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

De standaard kennen thermische effecten verbranding van uitgangsmaterialen en reactieproducten berekenen we het thermische effect van de reactie onder standaardomstandigheden:

16. Afhankelijkheid van de snelheid van een chemische reactie van de temperatuur. De regel van Van't Hoff. Temperatuurreactiecoëfficiënt.

Reacties zijn alleen het gevolg van botsingen tussen actieve moleculen waarvan de gemiddelde energie groter is dan de gemiddelde energie van de deelnemers aan de reactie.

Wanneer moleculen enige activeringsenergie E krijgen (overtollige energie boven het gemiddelde), neemt de potentiële energie van interactie tussen atomen in moleculen af, worden de bindingen in de moleculen zwakker en worden de moleculen reactief.

De activeringsenergie wordt niet noodzakelijkerwijs van buitenaf geleverd; het kan aan een deel van de moleculen worden doorgegeven door de energie tijdens hun botsingen te herverdelen. Volgens Boltzmann is er onder de N-moleculen het volgende aantal actieve moleculen N   die verhoogde energie bezitten :

N  N·e – E / RT (1)

waarbij E de activeringsenergie is, die de noodzakelijke overmaat aan energie aangeeft, vergeleken met het gemiddelde niveau, die moleculen moeten hebben om de reactie mogelijk te maken; de overige benamingen zijn bekend.

Bij thermische activering voor twee temperaturen T 1 en T 2 zal de verhouding van de snelheidsconstanten zijn:

, (2) , (3)

wat het mogelijk maakt om de activeringsenergie te bepalen door de reactiesnelheid te meten bij twee verschillende temperaturen T 1 en T 2.

Een temperatuurstijging met 10 0 verhoogt de reactiesnelheid met een factor 2 tot 4 (bij benadering van de Van't Hoff-regel). Het getal dat aangeeft hoe vaak de reactiesnelheid (en dus de snelheidsconstante) toeneemt als de temperatuur met 10 0 stijgt, wordt de temperatuurcoëfficiënt van de reactie genoemd:

 (4) .(5)

Dit betekent bijvoorbeeld dat bij een temperatuurstijging met 100°C sprake is van een conventioneel aanvaarde stijging gemiddelde snelheid met 2 keer ( = 2) neemt de reactiesnelheid toe met 2 10, d.w.z. ongeveer 1000 keer, en wanneer  = 4 – 4 10, d.w.z. 1000000 keer. De regel van Van't Hoff is van toepassing op reacties die plaatsvinden bij relatief lage temperaturen in een smal temperatuurbereik. De scherpe toename van de reactiesnelheid bij toenemende temperatuur wordt verklaard door het feit dat het aantal actieve moleculen exponentieel toeneemt.

25. Van't Hoff chemische reactie-isothermvergelijking.

In overeenstemming met de wet van massa-actie voor een willekeurige reactie

en A + bB = cC + dD

De snelheidsvergelijking voor de voorwaartse reactie kan worden geschreven:

,

en voor de snelheid van de omgekeerde reactie:

.

Naarmate de reactie van links naar rechts verloopt, zullen de concentraties van stoffen A en B afnemen en zal de snelheid van de voorwaartse reactie afnemen. Aan de andere kant zal, naarmate de reactieproducten C en D zich ophopen, de reactiesnelheid van rechts naar links toenemen. Er komt een moment waarop de snelheden υ 1 en υ 2 hetzelfde worden, de concentraties van alle stoffen blijven ongewijzigd, daarom

,

Waarbij K c = k 1 / k 2 =

.

De constante waarde Kc, gelijk aan de verhouding van de snelheidsconstanten van de voorwaartse en achterwaartse reacties, beschrijft kwantitatief de evenwichtstoestand door de evenwichtsconcentraties van de uitgangsstoffen en de producten van hun interactie (in de mate van hun stoichiometrische coëfficiënten) en wordt de evenwichtsconstante genoemd. De evenwichtsconstante is alleen constant voor een gegeven temperatuur, d.w.z.

K c = f (T). De evenwichtsconstante van een chemische reactie wordt gewoonlijk uitgedrukt als een verhouding, waarvan de teller het product is van de molaire evenwichtsconcentraties van de reactieproducten, en de noemer het product is van de concentraties van de uitgangsstoffen.

Als de reactiecomponenten een mengsel van ideale gassen zijn, wordt de evenwichtsconstante (Kp) uitgedrukt in termen van de partiële druk van de componenten:

.

Om van K p naar K c te gaan, gebruiken we de toestandsvergelijking P · V = n · R · T. Omdat de

, dan P = C·R·T. .

Uit de vergelijking volgt dat Kp = Kc, op voorwaarde dat de reactie verloopt zonder het aantal mol in de gasfase te veranderen, d.w.z. wanneer (c + d) = (a + b).

Als de reactie spontaan verloopt bij constante P en T of V en T, dan kunnen de waarden van G en F van deze reactie worden verkregen uit de vergelijkingen:

,

waarbij С А, С В, С С, С D niet-evenwichtsconcentraties zijn van uitgangsstoffen en reactieproducten.

,

waarbij Р А, Р В, Р С, Р D de partiële drukken zijn van de uitgangsstoffen en reactieproducten.

De laatste twee vergelijkingen worden van't Hoff-isothermvergelijkingen voor chemische reacties genoemd. Deze relatie maakt het mogelijk om de waarden van G en F van de reactie te berekenen en de richting ervan te bepalen bij verschillende concentraties van de uitgangsstoffen.

Opgemerkt moet worden dat als voor gassystemen, en voor oplossingen, met deelname aan de reactie vaste stoffen(dat wil zeggen voor heterogene systemen) de concentratie van de vaste fase is niet opgenomen in de uitdrukking voor de evenwichtsconstante, aangezien deze concentratie vrijwel constant is. Ja, voor reactie

2 CO (g) = CO 2 (g) + C (t)

de evenwichtsconstante wordt geschreven als

.

De afhankelijkheid van de evenwichtsconstante van de temperatuur (voor temperatuur T 2 ten opzichte van temperatuur T 1) wordt uitgedrukt door de volgende Van't Hoff-vergelijking:

,

waarbij Н 0 het thermische effect van de reactie is.

Voor een endotherme reactie (de reactie vindt plaats met de absorptie van warmte) neemt de evenwichtsconstante toe met toenemende temperatuur, het systeem lijkt weerstand te bieden aan verwarming.

34. Osmose, osmotische druk. Van't Hoff-vergelijking en osmotische coëfficiënt.

Osmose is de spontane beweging van oplosmiddelmoleculen door een semi-permeabel membraan dat oplossingen met verschillende concentraties scheidt, van een oplossing met een lagere concentratie naar een oplossing met een hogere concentratie, wat leidt tot de verdunning van de laatste. Een cellofaanfilm wordt vaak gebruikt als een semi-permeabel membraan, door de kleine gaatjes waarvan alleen oplosmiddelmoleculen met een klein volume selectief kunnen passeren en grote of gesolvateerde moleculen of ionen worden vastgehouden - voor stoffen met een hoog molecuulgewicht, en een koperferrocyanidefilm voor laagmoleculaire stoffen. Het proces van oplosmiddeloverdracht (osmose) kan worden voorkomen als externe hydrostatische druk wordt uitgeoefend op een oplossing met een hogere concentratie (onder evenwichtsomstandigheden zal dit de zogenaamde osmotische druk zijn, aangegeven met de letter ). Om de waarde van  in oplossingen van niet-elektrolyten te berekenen, wordt de empirische Van't Hoff-vergelijking gebruikt:

waarbij C de molale concentratie van de stof is, mol/kg;

R – universele gasconstante, J/mol K.

De grootte van de osmotische druk is evenredig met het aantal moleculen (in het algemeen het aantal deeltjes) van een of meer stoffen opgelost in een bepaald volume oplossing, en hangt niet af van hun aard en de aard van het oplosmiddel. In oplossingen van sterke of zwakke elektrolyten neemt het totale aantal individuele deeltjes toe als gevolg van de dissociatie van moleculen. Daarom moet een geschikte evenredigheidscoëfficiënt, de isotone coëfficiënt genoemd, in de vergelijking worden geïntroduceerd voor het berekenen van de osmotische druk.

i C R T,

waarbij i de isotone coëfficiënt is, berekend als de verhouding van de som van de aantallen ionen en niet-gedissocieerde elektrolytmoleculen tot het initiële aantal moleculen van deze stof.

Dus als de mate van dissociatie van de elektrolyt, d.w.z. de verhouding van het aantal in ionen gedesintegreerde moleculen tot het totale aantal moleculen van de opgeloste stof is gelijk aan  en het elektrolytmolecuul valt uiteen in n-ionen, dan wordt de isotone coëfficiënt als volgt berekend:

ik = 1 + (n – 1) · ,(i > 1).

Voor sterke elektrolyten kunnen we  = 1 nemen, dan i = n, en de coëfficiënt i (ook groter dan 1) wordt de osmotische coëfficiënt genoemd.

Het fenomeen osmose is van groot belang voor plantaardige en dierlijke organismen, omdat de membranen van hun cellen in relatie tot oplossingen van veel stoffen de eigenschappen hebben van een semi-permeabel membraan. IN schoon water de cel zwelt enorm op, in sommige gevallen tot het punt waarop het membraan scheurt, en in oplossingen met hoge zoutconcentraties neemt hij daarentegen in omvang af en rimpelt hij als gevolg van groot waterverlies. Daarom bij het inblikken etenswaren er wordt een grote hoeveelheid zout of suiker aan toegevoegd. Microbiële cellen verliezen onder dergelijke omstandigheden een aanzienlijke hoeveelheid water en sterven.

Thermisch effect van een chemische reactie

Wanneer er een chemische reactie plaatsvindt, vindt er een herstructurering plaats chemische bindingen in moleculen, de overgang van de ene aggregatietoestand naar de andere, enz. Dit alles leidt tot een verandering in de interne energie van het systeem. In dit geval kan het systeem arbeid verrichten en energie uitwisselen met de omgeving. Omdat alle soorten energie kunnen worden teruggebracht tot een gelijkwaardige hoeveelheid warmte, spreken we in de chemische thermodynamica van het thermische effect van een chemische reactie.

Thermisch effect van een chemische reactie– de hoeveelheid warmte die vrijkomt of wordt geabsorbeerd tijdens de reactie als aan de volgende voorwaarden wordt voldaan:

Het proces vindt onomkeerbaar plaats bij constant volume of druk;

In het systeem worden geen andere werkzaamheden verricht dan uitbreidingswerkzaamheden;

De reactieproducten hebben dezelfde temperatuur als de uitgangsmaterialen.

Volgens de eerste wet van de thermodynamica is het thermische effect van de reactie gelijk aan: D Q=D U+p× D V. Omdat warmte geen functie is van de toestand, hangt de omvang van het thermische effect van een chemische reactie af van de omstandigheden voor de implementatie (pad) van het proces. Er wordt onderscheid gemaakt tussen het thermische effect van een chemische reactie die wordt uitgevoerd onder isochorische omstandigheden (D Q V=D UV) en isobaar (D Qp=D Omhoog + p× D V=D N).

Kennelijk D Qp-D Q V=p× D V. Voor reacties die plaatsvinden in de gecondenseerde fase (vloeistoffen, vaste stoffen), D V»0, A D Qp" D Q V.

Meestal worden chemische reacties uitgevoerd bij constante druk, daarom wordt bij het uitvoeren van thermodynamische berekeningen meestal het thermische effect bij constante druk D gebruikt Qp. In dit geval komt het overeen met de verandering in de enthalpie van het systeem tijdens de reactie D Qp=D r N(inhoudsopgave R duidt op een verandering in een thermodynamische functie, in dit geval enthalpie, tijdens een chemische reactie).

Reacties die optreden bij het vrijkomen van warmte in de omgeving worden genoemd exotherm, en reacties die optreden bij de absorptie van warmte uit omgeving, – endotherm. Omdat het thermische effect van de reactie overeenkomt met een verandering in de enthalpie van het systeem, is het duidelijk dat voor exotherme processen D r N<0, а для эндотермических Dr N>0.

Omdat voor chemische reacties die plaatsvinden onder isobare of isochorische omstandigheden, warmte de eigenschappen verkrijgt staat functies, dan kan worden beargumenteerd dat het thermische effect van de reactie alleen afhangt van het type en de toestand van de uitgangsstoffen en eindproducten en niet afhankelijk is van het pad van transformatie van sommige stoffen in andere (tussenstadia). Deze verklaring kan worden beschouwd als een toepassing van de eerste wet van de thermodynamica op chemische reacties. Het heet De wet van Hess en is de fundamentele wet van de thermochemie.

G.I. Hess (St. Petersburg Academie van Wetenschappen) heeft experimenteel vastgesteld dat “als sommige andere stoffen op verschillende manieren uit sommige oorspronkelijke stoffen kunnen worden verkregen, de totale hoeveelheid warmte die vrijkomt tijdens de vorming van deze stoffen altijd hetzelfde zal zijn, ongeacht de productiewijze.”

Voorbeeld. Laten we eens kijken naar de reactie van de interactie van één mol koolstof (grafiet) en zuurstof met de vorming van koolstofdioxide bij een temperatuur T=298 K.

Dit proces kan op twee manieren:

1) C (grafiet) + O 2 = CO 2; D r N 1 = –393,51 kJ;

2) C(grafiet) + 0,5O 2 = CO; D r N 2 = –110,53 kJ;

CO + 0,5O 2 = CO 2 ; D r N 3 = –282,98 kJ.

Rijst. 5-3 Diagram van de verandering in enthalpie van het systeem wanneer één mol koolstof interageert met zuurstof om koolstofdioxide te vormen

Een diagram van de verandering in enthalpie van het systeem wordt getoond in figuur 5.3. Hieruit blijkt duidelijk dat D r N 1=D r N 2 + D r N 3. Als het thermische effect van een van de reacties onbekend is, kan dit worden berekend door de andere te kennen. Als D bijvoorbeeld r N 1 en D r N 3, dan D r N 2=D r N 1–D r N 3 .

Met behulp van de wet van Hess is het dus mogelijk om de thermische effecten van chemische reacties te berekenen in gevallen waarin de experimentele bepaling ervan onmogelijk of moeilijk is. Bovendien is het op basis van de beschikbare experimentele gegevens voor een relatief klein aantal chemische reacties mogelijk thermodynamische berekeningen uit te voeren van zowel werkelijk voorkomende als hypothetische processen.

Bij het thermische effect van een reactie wordt doorgaans rekening gehouden met de overgang van een bepaald aantal mol van de oorspronkelijke stof naar een bepaald aantal mol van de uiteindelijke stof, volgens de reactievergelijking. In dit geval verwijst de numerieke waarde van het thermische effect naar de vergelijking van een specifieke chemische reactie en de dimensie ervan [kJ]. De vergelijking van een chemische reactie die het thermische effect omvat, wordt genoemd thermochemische vergelijking.

Vaak wordt het thermische effect van een reactie de transformatie van één mol van een stof genoemd. Stoichiometrische coëfficiënt in de reactievergelijking y van deze stof is gelijk aan één, en de coëfficiënten voor andere stoffen kunnen geheel of gedeeltelijk zijn. In dit geval is de afmeting van het thermische effect [kJ/mol]. Het is gebruikelijk om de thermische effecten van reacties van de vorming van één mol van een stof aan te duiden als D f N, en de thermische effecten van verbrandingsreacties van één mol van een stof zijn D c N.