Mặc dù quen thuộc với thuật ngữ “hiệu ứng nhiệt” phản ứng hóa học“Đối với hầu hết mọi người, nó xuất hiện trong các bài học hóa học, tuy nhiên, nó được sử dụng rộng rãi hơn. Thật khó để tưởng tượng bất kỳ lĩnh vực hoạt động nào mà hiện tượng này sẽ không được sử dụng.

Chúng ta hãy đưa ra một ví dụ về một số trong số chúng, trong đó cần phải có kiến ​​thức về hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô đang phát triển với tốc độ chóng mặt: số lượng ô tô tăng lên nhiều lần mỗi năm. Đồng thời, nguồn năng lượng chính của chúng là xăng (các phát triển thay thế cho đến nay chỉ được thể hiện ở một số nguyên mẫu). Để điều chỉnh lực đốt nhiên liệu, người ta sử dụng các chất phụ gia đặc biệt để giảm cường độ kích nổ. Một ví dụ nổi bật là monomethylaniline. Khi thu được nó, hiệu ứng nhiệt của phản ứng được tính toán, trong trường hợp này là -11-19 kJ/mol.

Một lĩnh vực ứng dụng khác là công nghiệp thực phẩm. Không còn nghi ngờ gì nữa, bất kỳ người nào cũng chú ý đến hàm lượng calo của một sản phẩm cụ thể. Trong trường hợp này, hàm lượng calo và hiệu ứng nhiệt của phản ứng có liên quan trực tiếp vì nhiệt được giải phóng trong quá trình oxy hóa thực phẩm. Bằng cách điều chỉnh chế độ ăn uống dựa trên những dữ liệu này, bạn có thể giảm được trọng lượng cơ thể đáng kể. Mặc dù hiệu ứng nhiệt của phản ứng được đo bằng joules, nhưng có mối quan hệ trực tiếp giữa chúng và lượng calo: 4 J = 1 kcal. Liên quan đến sản phẩm thực phẩm, số lượng (trọng lượng) được tính toán thường được chỉ định.

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang lý thuyết và đưa ra định nghĩa. Vì vậy, hiệu ứng nhiệt cho biết những gì được hệ thống giải phóng hoặc hấp thụ khi nó chảy qua nó. Điều đáng lưu ý là ngoài nhiệt, bức xạ có thể được tạo ra. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học bằng số với hiệu giữa các mức năng lượng của hệ: ban đầu và dư. Nếu trong quá trình phản ứng, nhiệt được hấp thụ từ không gian xung quanh thì chúng ta nói đến quá trình thu nhiệt. Theo đó, sự giải phóng năng lượng nhiệt là đặc trưng của quá trình tỏa nhiệt. Chúng khá dễ phân biệt: nếu giá trị của tổng năng lượng được giải phóng do phản ứng lớn hơn giá trị tiêu tốn để bắt đầu phản ứng (ví dụ, năng lượng nhiệtđốt nhiên liệu), thì đây là sự tỏa nhiệt. Nhưng để phân hủy nước và than thành hydro, cần phải tiêu tốn thêm năng lượng vào quá trình đun nóng nên xảy ra quá trình hấp thụ (thu nhiệt).

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng có thể được tính bằng cách sử dụng công thức đã biết. Trong tính toán, hiệu ứng nhiệt được ký hiệu bằng chữ Q (hoặc DH). Sự khác biệt là ở loại quy trình (endo hoặc exo), vì vậy Q = - DH. Các phương trình nhiệt hóa yêu cầu chỉ ra hiệu ứng nhiệt và thuốc thử (tính toán ngược lại cũng đúng). Điểm đặc biệt của các phương trình như vậy là khả năng truyền độ lớn của hiệu ứng nhiệt và bản thân các chất sang các phần khác nhau. Có thể tự thực hiện phép trừ hoặc cộng các công thức theo từng thuật ngữ, nhưng có tính đến

Hãy đưa ra một ví dụ về phản ứng của carbon và hydro:

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

2) C + O2 = CO2 + 394 kJ

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

Bây giờ trừ 2 và 3 từ 1 (phần bên phải lấy phần bên phải, phần bên trái lấy phần bên trái).

Kết quả là chúng tôi nhận được:

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

Nếu chúng ta nhân tất cả các phần với - 1 (bỏ giá trị âm), chúng ta sẽ nhận được:

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

Làm thế nào bạn có thể giải thích kết quả? Hiệu ứng nhiệt xảy ra trong quá trình hình thành khí metan từ hydro và cacbon sẽ là 76 J đối với mỗi mol khí tạo ra. Nó cũng tuân theo các công thức mà nó sẽ nổi bật, đó là Chúng ta đang nói về về một quá trình tỏa nhiệt. Những tính toán như vậy tránh được nhu cầu thực hiện các thí nghiệm trực tiếp trong phòng thí nghiệm, vốn thường rất khó khăn.

Bất kỳ phản ứng hóa học nào cũng kèm theo sự giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt.

Dựa vào sự giải phóng hoặc hấp thụ nhiệt, người ta phân biệt tỏa nhiệt Và thu nhiệt phản ứng.

Tỏa nhiệt phản ứng là phản ứng có toả nhiệt (+Q).

Phản ứng thu nhiệt là phản ứng trong đó nhiệt được hấp thụ (-Q).

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng (Q) là lượng nhiệt được giải phóng hoặc hấp thụ trong quá trình tương tác của một lượng thuốc thử ban đầu nhất định.

Phương trình nhiệt hóa là phương trình xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học. Vì vậy, ví dụ, các phương trình nhiệt hóa là:

Cũng cần lưu ý rằng các phương trình nhiệt hóa trong bắt buộc phải bao gồm thông tin về trạng thái tổng hợp của thuốc thử và sản phẩm, vì giá trị của hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào điều này.

Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng

Một ví dụ về bài toán điển hình tìm hiệu ứng nhiệt của một phản ứng:

Khi 45 g glucose phản ứng với lượng oxy dư theo phương trình

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

700 kJ nhiệt được giải phóng. Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng. (Viết số đó đến số nguyên gần nhất.)

Giải pháp:

Hãy tính lượng glucose:

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

Những thứ kia. Khi 0,25 mol glucose tương tác với oxy sẽ tỏa ra 700 kJ nhiệt. Từ phương trình nhiệt hóa được trình bày trong điều kiện, suy ra rằng sự tương tác của 1 mol glucose với oxy tạo ra một lượng nhiệt bằng Q (hiệu ứng nhiệt của phản ứng). Khi đó tỉ lệ sau là đúng:

Glucose 0,25 mol - 700 kJ

1 mol glucozơ - Q

Từ tỷ lệ này phương trình tương ứng như sau:

0,25/1 = 700/Q

Giải quyết điều đó, ta thấy rằng:

Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng là 2800 kJ.

Tính toán sử dụng phương trình nhiệt hóa

Thường xuyên hơn nhiều trong Bài tập thi của Nhà nước Thống nhất trong nhiệt hóa học, giá trị của hiệu ứng nhiệt đã được biết trước, bởi vì điều kiện cho phương trình nhiệt hóa hoàn chỉnh.

Trong trường hợp này, cần tính lượng nhiệt tỏa ra/hấp thụ với một lượng thuốc thử hoặc sản phẩm đã biết, hoặc ngược lại, từ một giá trị nhiệt đã biết, cần xác định khối lượng, thể tích hoặc lượng của một chất. chất của bất kỳ người nào tham gia phản ứng.

ví dụ 1

Theo phương trình phản ứng nhiệt hóa

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

68 g nhôm oxit được tạo thành. Nhiệt lượng đã toả ra là bao nhiêu? (Viết số đó đến số nguyên gần nhất.)

Giải pháp

Hãy tính khối lượng chất ôxit nhôm:

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

Theo phương trình nhiệt hóa của phản ứng, khi tạo thành 4 mol nhôm oxit thì giải phóng 3330 kJ. Trong trường hợp của chúng tôi, 0,6667 mol nhôm oxit được hình thành. Biểu thị lượng nhiệt tỏa ra trong trường hợp này là x kJ, chúng ta tạo ra tỷ lệ:

4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ

0,667 mol Al 2 O 3 - x kJ

Tỷ lệ này tương ứng với phương trình:

4/0,6667 = 3330/x

Giải ra ta tìm được x = 555 kJ

Những thứ kia. khi tạo thành 68 g nhôm oxit theo phương trình nhiệt hóa ở điều kiện thì tỏa ra 555 kJ nhiệt lượng.

Ví dụ 2

Là kết quả của một phản ứng, phương trình nhiệt hóa của nó

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

1655 kJ nhiệt được giải phóng. Xác định thể tích (l) của sulfur dioxide được giải phóng (số). (Viết số đó đến số nguyên gần nhất.)

Giải pháp

Theo phương trình nhiệt hóa của phản ứng, khi tạo thành 8 mol SO 2 thì tỏa ra 3310 kJ nhiệt lượng. Trong trường hợp của chúng tôi, 1655 kJ nhiệt đã được giải phóng. Gọi lượng SO 2 tạo thành trong trường hợp này là x mol. Khi đó tỷ lệ sau đây là hợp lý:

8 mol SO 2 - 3310 kJ

x mol SO 2 - 1655 kJ

Từ đó phương trình sau:

8/x = 3310/1655

Giải quyết điều đó, ta thấy rằng:

Như vậy lượng chất SO 2 tạo thành trong trường hợp này là 4 mol. Do đó khối lượng của nó bằng:

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(làm tròn đến số nguyên vì điều này là bắt buộc trong điều kiện.)

Có thể tìm thấy nhiều vấn đề được phân tích hơn về hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học.

Hoặc sự thay đổi entanpy của hệ do xảy ra phản ứng hóa học - lượng nhiệt do sự thay đổi biến hóa học mà hệ nhận được trong đó phản ứng hóa học diễn ra và sản phẩm phản ứng nhận nhiệt độ của các chất phản ứng.

Để hiệu ứng nhiệt là đại lượng chỉ phụ thuộc vào bản chất của phản ứng hóa học đang diễn ra thì phải đáp ứng các điều kiện sau:

• Phản ứng phải tiến hành ở thể tích không đổi Q v (quá trình đẳng tích), hoặc tại áp suất không đổi Q p (quá trình đẳng áp).
• Không có công việc nào được thực hiện trong hệ thống, ngoại trừ công việc mở rộng có thể thực hiện được tại P = const.

Nếu phản ứng được thực hiện ở Điều kiện tiêu chuẩnở T = 298,15 K = 25 ˚C và P = 1 atm = 101325 Pa, hiệu ứng nhiệt gọi là hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn của phản ứng hay entanpy tiêu chuẩn của phản ứng Δ H rO. Trong nhiệt hóa học, nhiệt tiêu chuẩn của phản ứng được tính bằng cách sử dụng entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành.

Entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành (nhiệt tạo thành tiêu chuẩn)

Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn được hiểu là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành một mol chất từ chất đơn giản, các thành phần của nó ở trạng thái tiêu chuẩn ổn định.

Ví dụ, entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành 1 mol metan từ cacbon và hydro bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

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

Entanpi tiêu chuẩn của sự hình thành được ký hiệu là Δ H cho. Ở đây chỉ số f có nghĩa là sự hình thành và vòng tròn bị gạch chéo, gợi nhớ đến đĩa Plimsol, có nghĩa là giá trị đề cập đến trạng thái tiêu chuẩn của vật chất. Một tên gọi khác cho entanpy tiêu chuẩn thường được tìm thấy trong tài liệu - ∆H 298,15 0, trong đó 0 biểu thị áp suất bằng một bầu khí quyển (hay chính xác hơn một chút là điều kiện tiêu chuẩn) và 298,15 là nhiệt độ. Đôi khi chỉ số 0 được sử dụng cho các đại lượng liên quan đến chất tinh khiết, quy định rằng chỉ có thể chỉ định các đại lượng nhiệt động tiêu chuẩn với nó khi chất nguyên chất được chọn làm trạng thái tiêu chuẩn. Ví dụ, trạng thái của một chất trong dung dịch cực loãng cũng có thể được chấp nhận làm tiêu chuẩn. “Đĩa Plimsoll” trong trường hợp này có nghĩa là trạng thái tiêu chuẩn thực tế của vật chất, bất kể sự lựa chọn của nó.

Entanpy của sự hình thành các chất đơn giản được lấy bằng 0 và giá trị 0 của entanpy của sự hình thành đề cập đến trạng thái kết tụ, ổn định ở T = 298 K. Ví dụ, đối với iốt ở trạng thái tinh thể Δ H I2 (tv) 0 = 0 kJ/mol, và đối với iốt lỏng Δ H I2(g)0 = 22 kJ/mol. Entanpy của sự hình thành các chất đơn giản trong điều kiện tiêu chuẩn là đặc tính năng lượng chính của chúng.

Hiệu ứng nhiệt của bất kỳ phản ứng nào được tính bằng hiệu giữa tổng nhiệt tạo thành của tất cả các sản phẩm và tổng nhiệt tạo thành của tất cả các chất phản ứng trong một phản ứng nhất định (hệ quả của định luật Hess):

Δ H phản ứng O = ΣΔ H f O (sản phẩm) - ΣΔ H f O (thuốc thử)

Hiệu ứng nhiệt hóa có thể được kết hợp vào các phản ứng hóa học. Phương trình hóa học biểu thị lượng nhiệt tỏa ra hoặc hấp thụ được gọi là phương trình nhiệt hóa. Các phản ứng kèm theo sự giải phóng nhiệt ra môi trường có hiệu ứng nhiệt âm và được gọi là tỏa nhiệt. Các phản ứng kèm theo sự hấp thụ nhiệt có hiệu ứng nhiệt dương và được gọi là phản ứng thu nhiệt. Hiệu ứng nhiệt thường đề cập đến một mol nguyên liệu ban đầu đã phản ứng có hệ số cân bằng hóa học là tối đa.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của hiệu ứng nhiệt (entanpy) của phản ứng

Để tính sự phụ thuộc nhiệt độ của entanpy của một phản ứng, cần biết nhiệt dung mol của các chất tham gia phản ứng. Sự thay đổi entanpy của phản ứng khi nhiệt độ tăng dần từ T 1 lên T 2 được tính theo định luật Kirchhoff (giả sử trong khoảng nhiệt độ này nhiệt dung mol không phụ thuộc vào nhiệt độ và không có sự biến đổi pha):

Nếu các phép biến đổi pha xảy ra trong một phạm vi nhiệt độ nhất định thì trong tính toán cần tính đến nhiệt của các phép biến đổi tương ứng, cũng như sự thay đổi sự phụ thuộc nhiệt độ nhiệt dung của các chất đã trải qua những biến đổi đó:

trong đó ΔC p (T 1 ,T f) là độ biến thiên nhiệt dung trong khoảng nhiệt độ từ T 1 đến nhiệt độ chuyển pha; ΔC p (T f ,T 2) là sự thay đổi nhiệt dung trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ chuyển pha đến nhiệt độ cuối cùng, và T f là nhiệt độ chuyển pha.

Entanpi tiêu chuẩn của quá trình đốt cháy - Δ H hor o, hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy một mol chất trong oxy đến sự hình thành oxit trong nhiệt độ cao nhất Quá trình oxy hóa. Nhiệt cháy của chất không cháy được coi là bằng không.

Entanpy tiêu chuẩn của dung dịch - Δ H dung dịch, hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan 1 mol chất đó trong một lượng dung môi vô cùng lớn. Nó bao gồm nhiệt phá hủy mạng tinh thể và nhiệt hydrat hóa (hoặc nhiệt hòa tan đối với các dung dịch không chứa nước), được giải phóng do sự tương tác của các phân tử dung môi với các phân tử hoặc ion của chất tan với sự hình thành các hợp chất có thành phần thay đổi - hydrat (hòa tan). Sự phá hủy mạng tinh thể, như một quy luật, một quá trình thu nhiệt - Δ H resh > 0 và hydrat hóa ion tỏa nhiệt, Δ H thủy điện< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH resh và Δ H Entanpi hydr của sự hòa tan có thể có cả giá trị dương và giá trị âm. Do đó, sự hòa tan kali hydroxit tinh thể đi kèm với sự giải phóng nhiệt:

Δ H hòa tanKOH o = Δ H quyết định + Δ H hydrK + o + Δ H hydroOH − o = −59 KJ/mol

Dưới entanpy của hydrat hóa - Δ H hydr, đề cập đến nhiệt lượng được giải phóng khi 1 mol ion truyền từ chân không sang dung dịch.

Entanpi tiêu chuẩn của quá trình trung hòa - Δ H entanpy neutron của phản ứng tương tác axit mạnh và các bazơ để tạo thành 1 mol nước ở điều kiện tiêu chuẩn:

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

Entanpi tiêu chuẩn của quá trình trung hòa đối với dung dịch đậm đặc của chất điện ly mạnh phụ thuộc vào nồng độ ion, do sự thay đổi giá trị ΔH hydrat hóa ° của các ion khi pha loãng.

Ghi chú

Văn học

• Knorre D. G., Krylova L. F., Muzykantov V. S. Hóa lý. - M.: trường sau đại học, 1990
• Atkins P. Hóa lý. - Mátxcơva. : Thế giới, 1980

Quỹ Wikimedia. 2010.

Xem thêm “Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học” trong các từ điển khác:

tác dụng nhiệt của phản ứng hóa học- Nhiệt hấp thụ (toả ra) do sự biến đổi hóa học của chất ban đầu thành sản phẩm phản ứng với đại lượng tương ứng với phương trình phản ứng hóa học trong các điều kiện sau: 1) công duy nhất có thể xảy ra trong trường hợp này là... ... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học- – Nhiệt hấp thụ (toả ra) do sự biến đổi hóa học của chất ban đầu thành sản phẩm phản ứng với lượng tương ứng với phương trình phản ứng hóa học trong các điều kiện sau: ... ... Bách khoa toàn thư về các thuật ngữ, định nghĩa và giải thích về vật liệu xây dựng

tác dụng nhiệt của phản ứng hóa học- hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học; hiệu ứng nhiệt Tổng nhiệt lượng được hấp thụ bởi hệ và tất cả các loại công thực hiện trên nó, ngoại trừ công của áp suất bên ngoài, và tất cả các đại lượng đều liên quan đến cùng nhiệt độ của nhiệt độ ban đầu và cuối cùng... ...

hiệu ứng nhiệt- phản ứng hóa học; hiệu ứng nhiệt Tổng nhiệt lượng mà hệ hấp thụ và tất cả các loại công thực hiện trên nó, ngoại trừ công của áp suất bên ngoài, và tất cả các đại lượng đều liên quan đến cùng nhiệt độ ở trạng thái ban đầu và cuối cùng của hệ... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa

Lượng nhiệt tỏa ra hoặc hấp thụ bởi một hệ thống trong một phản ứng hóa học. Hiệu ứng nhiệt của công việc bằng độ biến thiên năng lượng bên trong hệ thống ở một thể tích không đổi hoặc sự thay đổi entanpy của nó ở áp suất không đổi và không có công bên ngoài ... To lớn từ điển bách khoa

Lượng nhiệt tỏa ra hoặc hấp thụ bởi một hệ thống trong một phản ứng hóa học. Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng với sự thay đổi nội năng của hệ ở thể tích không đổi hoặc sự thay đổi entanpy của nó ở áp suất không đổi và không sinh công... ... từ điển bách khoa

hiệu ứng nhiệt của phản ứng- lượng nhiệt được giải phóng hoặc hấp thụ trong hệ nhiệt động trong một phản ứng hóa học, với điều kiện hệ thống không thực hiện công khác ngoài công chống lại áp suất bên ngoài và nhiệt độ ... ... Từ điển bách khoa về luyện kim

Tổng đại số của nhiệt hấp thụ trong một phản ứng hóa học nhất định (Xem Phản ứng hóa học) và giá trị hoàn hảo công việc bên ngoài trừ đi công việc chống lại áp lực bên ngoài. Nếu nhiệt tỏa ra trong một phản ứng hoặc công được thực hiện bởi hệ thống... Bách khoa toàn thư vĩ đại của Liên Xô

hiệu ứng nhiệt đẳng áp- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học xảy ra ở áp suất không đổi... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa

hiệu ứng nhiệt đẳng tích- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học xảy ra ở một thể tích không đổi... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa

7. Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), nếu nhiệt tạo thành: Fe 2 O 3 (t) = – 821,3 kJ/mol;CO (g ) = – 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),

Biết tiêu chuẩn hiệu ứng nhiệtĐốt cháy nguyên liệu ban đầu và sản phẩm phản ứng, ta tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn:

16. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng hóa học vào nhiệt độ. Quy tắc Vant Hoff. Hệ số nhiệt độ của phản ứng.

Phản ứng chỉ xảy ra do sự va chạm giữa các phân tử hoạt động có năng lượng trung bình vượt quá năng lượng trung bình của những người tham gia phản ứng.

Khi các phân tử được cung cấp một số năng lượng kích hoạt E (năng lượng dư thừa trên mức trung bình), thế năng tương tác giữa các nguyên tử trong phân tử giảm đi, các liên kết bên trong phân tử yếu đi và các phân tử trở nên phản ứng.

Năng lượng kích hoạt không nhất thiết phải được cung cấp từ bên ngoài; nó có thể được truyền tới một số bộ phận của phân tử bằng cách phân phối lại năng lượng trong quá trình va chạm của chúng. Theo Boltzmann, trong số N phân tử có số phân tử hoạt động N   có năng lượng tăng dần :

N  N·e – E / RT (1)

trong đó E là năng lượng kích hoạt, biểu thị mức năng lượng dư thừa cần thiết so với mức trung bình mà các phân tử phải có để phản ứng có thể xảy ra; các tên gọi còn lại đã được nhiều người biết đến.

Khi kích hoạt nhiệt ở hai nhiệt độ T 1 và T 2, tỉ số giữa các hằng số tốc độ sẽ là:

, (2) , (3)

giúp xác định năng lượng hoạt hóa bằng cách đo tốc độ phản ứng ở hai nhiệt độ khác nhau T 1 và T 2.

Nhiệt độ tăng thêm 10 0 sẽ làm tăng tốc độ phản ứng lên 2–4 lần (xấp xỉ quy tắc Van't Hoff). Con số biểu thị tốc độ phản ứng (và do đó là hằng số tốc độ) tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng thêm 10 0 được gọi là hệ số nhiệt độ của phản ứng:

 (4) .(5)

Điều này có nghĩa là, ví dụ, khi nhiệt độ tăng thêm 100 0 thì mức tăng được chấp nhận theo quy ước tốc độ trung bình lên 2 lần ( = 2), tốc độ phản ứng tăng lên 2 10, tức là xấp xỉ 1000 lần, và khi  = 4 – 4 10, tức là 1000000 lần. Quy tắc Van't Hoff có thể áp dụng cho các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ tương đối thấp trong khoảng nhiệt độ hẹp. Tốc độ phản ứng tăng mạnh khi nhiệt độ tăng được giải thích là do số lượng phân tử hoạt động tăng theo cấp số nhân.

25. Phương trình đẳng nhiệt phản ứng hóa học Van't Hoff.

Phù hợp với định luật hành động quần chúng đối với một phản ứng tùy tiện

và A + bB = cC + dD

Phương trình tốc độ của phản ứng thuận có thể được viết:

,

và tốc độ phản ứng nghịch:

.

Khi phản ứng diễn ra theo chiều từ trái sang phải thì nồng độ các chất A và B sẽ giảm và tốc độ phản ứng thuận cũng giảm. Mặt khác, khi sản phẩm phản ứng C và D tích lũy thì tốc độ phản ứng từ phải sang trái sẽ tăng lên. Sẽ đến lúc vận tốc υ 1 và υ 2 trở nên như nhau thì nồng độ của các chất không thay đổi, do đó:

,

Trong đóK c = k 1 / k 2 =

.

Giá trị không đổi Kc, bằng tỷ số giữa hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch, mô tả một cách định lượng trạng thái cân bằng thông qua nồng độ cân bằng của các chất ban đầu và sản phẩm tương tác của chúng (trong phạm vi hệ số cân bằng hóa học của chúng) và được gọi là hằng số cân bằng. Hằng số cân bằng chỉ không đổi đối với một nhiệt độ nhất định, tức là

Kc = f(T). Hằng số cân bằng của một phản ứng hóa học thường được biểu thị dưới dạng tỷ lệ, tử số là tích của nồng độ mol cân bằng của các sản phẩm phản ứng và mẫu số là tích của nồng độ các chất ban đầu.

Nếu các thành phần phản ứng là hỗn hợp các khí lý tưởng thì hằng số cân bằng (K p) được biểu thị dưới dạng áp suất riêng phần của các thành phần:

.

Để chuyển từ K p sang K c, ta sử dụng phương trình trạng thái P · V = n · R · T. Bởi vì

, thì P = C·R·T. .

Từ phương trình suy ra K p = K c với điều kiện phản ứng diễn ra mà không làm thay đổi số mol trong pha khí, tức là. khi (c + d) = (a + b).

Nếu phản ứng diễn ra tự phát ở hằng số P và T hoặc V và T thì các giá trị của G và F của phản ứng này có thể thu được từ các phương trình:

,

trong đó С А, С В, С С, С D là nồng độ không cân bằng của chất ban đầu và sản phẩm phản ứng.

,

trong đó Р А, Р В, Р С, Р D là áp suất riêng phần của chất ban đầu và sản phẩm phản ứng.

Hai phương trình cuối cùng được gọi là phương trình đẳng nhiệt phản ứng hóa học van't Hoff. Mối quan hệ này giúp tính toán các giá trị G và F của phản ứng và xác định hướng của phản ứng ở các nồng độ khác nhau của chất ban đầu.

Cần lưu ý rằng đối với hệ thống khí đốt và đối với dung dịch có sự tham gia vào phản ứng chất rắn(tức là đối với các hệ không đồng nhất) nồng độ của pha rắn không được đưa vào biểu thức hằng số cân bằng, vì nồng độ này thực tế là không đổi. Có, để phản ứng

2 CO(g) = CO2(g) + C(t)

hằng số cân bằng được viết là

.

Sự phụ thuộc của hằng số cân bằng vào nhiệt độ (đối với nhiệt độ T 2 so với nhiệt độ T 1) được biểu thị bằng phương trình van't Hoff sau:

,

trong đó Н 0 là hiệu ứng nhiệt của phản ứng.

Đối với phản ứng thu nhiệt (phản ứng xảy ra với sự hấp thụ nhiệt), hằng số cân bằng tăng khi nhiệt độ tăng, hệ thống dường như chống lại sự gia nhiệt.

34. Thẩm thấu, áp suất thẩm thấu. Phương trình Van't Hoff và hệ số thẩm thấu.

Thẩm thấu là sự chuyển động tự phát của các phân tử dung môi qua màng bán thấm, ngăn cách các dung dịch có nồng độ khác nhau, từ dung dịch có nồng độ thấp hơn đến dung dịch có nồng độ cao hơn, dẫn đến sự pha loãng của dung dịch sau. Màng giấy bóng kính thường được sử dụng làm màng bán thấm, qua các lỗ nhỏ mà chỉ các phân tử dung môi thể tích nhỏ mới có thể đi qua một cách có chọn lọc và các phân tử hoặc ion lớn hoặc hòa tan được giữ lại - đối với các chất phân tử cao và màng ferrocyanide đồng đối với các chất có phân tử thấp. Quá trình chuyển dung môi (thẩm thấu) có thể bị ngăn chặn nếu áp suất thủy tĩnh bên ngoài tác dụng lên dung dịch có nồng độ cao hơn (trong điều kiện cân bằng, đây sẽ là cái gọi là áp suất thẩm thấu, ký hiệu là chữ ). Để tính giá trị  trong dung dịch chất không điện phân, người ta sử dụng phương trình Van't Hoff thực nghiệm:

trong đó C là nồng độ mol của chất đó, mol/kg;

R – hằng số khí phổ quát, J/mol K.

Độ lớn của áp suất thẩm thấu tỷ lệ thuận với số lượng phân tử (nói chung là số lượng hạt) của một hoặc nhiều chất hòa tan trong một thể tích dung dịch nhất định và không phụ thuộc vào bản chất của chúng và bản chất của dung môi. Trong dung dịch chất điện ly mạnh hay yếu, tổng số hạt riêng lẻ tăng lên do sự phân ly của các phân tử, do đó, một hệ số tỷ lệ thích hợp, gọi là hệ số đẳng trương, phải được đưa vào phương trình tính áp suất thẩm thấu.

i C R T,

Trong đó i là hệ số đẳng trương, được tính bằng tỷ số giữa tổng số lượng ion và phân tử chất điện phân không phân ly với số lượng phân tử ban đầu của chất này.

Vì vậy, nếu mức độ phân ly của chất điện phân, tức là. tỉ số giữa số phân tử phân hủy thành ion trên tổng số phân tử của chất hòa tan bằng  và phân tử chất điện phân phân hủy thành n ion thì hệ số đẳng trương được tính như sau:

i = 1 + (n – 1) · ,(i > 1).

Đối với chất điện ly mạnh, ta lấy  = 1 thì i = n và hệ số i (cũng lớn hơn 1) gọi là hệ số thẩm thấu.

Hiện tượng thẩm thấu có tầm quan trọng lớn đối với các sinh vật thực vật và động vật, vì màng tế bào của chúng khi tiếp xúc với dung dịch của nhiều chất có đặc tính của màng bán thấm. TRONG nước sạch tế bào phồng lên rất nhiều, trong một số trường hợp đến mức vỡ màng, và trong dung dịch có nồng độ muối cao thì ngược lại, nó giảm kích thước và nếp nhăn do mất nước nhiều. Vì vậy, khi đóng hộp sản phẩm thực phẩm một lượng lớn muối hoặc đường được thêm vào chúng. Tế bào vi sinh vật trong điều kiện như vậy sẽ mất một lượng nước đáng kể và chết.

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học

Khi xảy ra phản ứng hóa học sẽ xảy ra sự tái cấu trúc liên kết hóa học trong các phân tử, sự chuyển đổi từ trạng thái kết hợp này sang trạng thái kết hợp khác, v.v. Tất cả điều này dẫn đến sự thay đổi năng lượng bên trong của hệ thống. Trong trường hợp này, hệ có thể thực hiện công và trao đổi năng lượng với môi trường. Vì tất cả các loại năng lượng đều có thể giảm xuống một lượng nhiệt tương đương, nên trong nhiệt động lực học hóa học, chúng ta nói đến hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học.

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học- Lượng nhiệt tỏa ra hoặc hấp thụ trong quá trình phản ứng khi thỏa mãn các điều kiện sau:

Quá trình xảy ra không thể đảo ngược ở thể tích hoặc áp suất không đổi;

Không có công việc nào được thực hiện trong hệ thống ngoài công việc mở rộng;

Sản phẩm phản ứng có cùng nhiệt độ với nguyên liệu ban đầu.

Theo định luật nhiệt động thứ nhất, hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng: D Q=D U+p× D V. Vì nhiệt không phải là hàm của trạng thái nên mức độ hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học phụ thuộc vào các điều kiện thực hiện (đường đi) của quá trình. Người ta phân biệt giữa hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học được thực hiện trong điều kiện đẳng tích (D Q V=D U V) và đẳng áp (D Q p=D U p + p× D V.=D N).

Rõ ràng D Q p–D Q V=p× D V.. Đối với các phản ứng xảy ra ở pha ngưng tụ (lỏng, rắn) D V.»0, MỘT D Q p» D Q V.

Thông thường, các phản ứng hóa học được thực hiện ở áp suất không đổi, do đó, khi thực hiện các phép tính nhiệt động, hiệu ứng nhiệt ở áp suất không đổi D thường được sử dụng Qp. Trong trường hợp này, nó tương ứng với sự thay đổi entanpy của hệ trong phản ứng D Q p=D r N(mục lục r biểu thị sự thay đổi hàm nhiệt động, trong trường hợp này là entanpy, trong một phản ứng hóa học).

Phản ứng xảy ra khi toả nhiệt ra môi trường gọi là phản ứng tỏa nhiệt và các phản ứng xảy ra khi hấp thụ nhiệt từ môi trường, – thu nhiệt. Vì hiệu ứng nhiệt của phản ứng tương ứng với sự thay đổi entanpi của hệ, nên rõ ràng đối với các quá trình tỏa nhiệt D r N<0, а для эндотермических Dr N>0.

Vì đối với các phản ứng hóa học xảy ra trong điều kiện đẳng áp hoặc đẳng tích, nhiệt thu được các tính chất hàm trạng thái, thì có thể lập luận rằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng chỉ phụ thuộc vào loại và trạng thái của chất ban đầu và sản phẩm cuối cùng chứ không phụ thuộc vào con đường chuyển hóa một số chất này thành chất khác (giai đoạn trung gian). Tuyên bố này có thể được coi là một ứng dụng của định luật nhiệt động lực học đầu tiên vào các phản ứng hóa học. Nó được gọi là định luật Hess và là định luật cơ bản của nhiệt hóa học.

G.I. Hess (Viện Hàn lâm Khoa học St. Petersburg) đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng “nếu một số chất khác có thể thu được từ một số chất ban đầu bằng nhiều cách, thì tổng lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình hình thành các chất này sẽ luôn giống nhau, bất kể phương pháp sản xuất."

Ví dụ. Hãy xem xét phản ứng tương tác giữa một mol carbon (graphite) và oxy với sự hình thành carbon dioxide ở nhiệt độ T=298K.

Quá trình này có thể được thực hiện theo hai cách:

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

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

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

Cơm. 5‑3 Sơ đồ biến đổi entanpi của hệ khi một mol cacbon tương tác với oxy tạo thành cacbon đioxit

Sơ đồ thay đổi entanpy của hệ được thể hiện trên hình 5.3. Từ đó rõ ràng là D r N 1 = D r N 2 + D r N 3. Nếu chưa biết hiệu ứng nhiệt của một trong các phản ứng thì có thể tính được hiệu ứng nhiệt đó bằng cách biết các phản ứng còn lại. Ví dụ, nếu D r N 1 và D r N 3 rồi D r N 2 =D r N 1–D r N 3 .

Do đó, bằng cách sử dụng định luật Hess, có thể tính toán hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học trong trường hợp việc xác định chúng bằng thực nghiệm là không thể hoặc khó khăn. Hơn nữa, dựa trên dữ liệu thực nghiệm có sẵn cho một số lượng tương đối nhỏ các phản ứng hóa học, có thể thực hiện các tính toán nhiệt động lực học của cả quá trình xảy ra thực tế và quá trình giả định.

Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng thường tính đến sự chuyển một số mol chất ban đầu thành một số mol chất cuối cùng nhất định, theo phương trình phản ứng. Trong trường hợp này, giá trị bằng số của hiệu ứng nhiệt đề cập đến phương trình của một phản ứng hóa học cụ thể và kích thước của nó [kJ]. Phương trình của một phản ứng hóa học bao gồm cả hiệu ứng nhiệt được gọi là phương trình nhiệt hóa.

Thông thường hiệu ứng nhiệt của một phản ứng được gọi là sự biến đổi một mol của một chất. Hệ số cân bằng hóa học trong phương trình phản ứng y của chất này bằng 1 và hệ số của các chất khác có thể là số nguyên hoặc phân số. Trong trường hợp này, chiều của hiệu ứng nhiệt là [kJ/mol]. Người ta thường biểu thị tác dụng nhiệt của các phản ứng tạo thành một mol chất là D f N, và hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy một mol chất là D c N.