Autor: Ing. Jiřina Ovčarová

Chemické reakce IV. díl Chemické reakce IV. díl

exotermickéexotermické

Energie chemické vazby,Energie chemické vazby,

a endotermické reakcea endotermické reakce

Seznam kapitolSeznam kapitol

Další

Elektrolýza vody

Exotermické reakce

Aktivační energie

Endotermické reakce

Energie chemické vazby

• Každá chemická vazba mezi atomy reprezentuje určité množství energie.Každá chemická vazba mezi atomy reprezentuje určité množství energie.

• Stabilní chemická vazba se vytvoří pouze tehdy, dojde-li při jejím vzniku Stabilní chemická vazba se vytvoří pouze tehdy, dojde-li při jejím vzniku

ke snížení energie.ke snížení energie.

Seznam kapitol

Další

Energie chemické vazby

H H H H

• Samotný atom vodíku s jediným elektronem nemůže delší dobu existovat.Samotný atom vodíku s jediným elektronem nemůže delší dobu existovat.

Proto vodík stejně jako další plyny vytváří dvouatomové molekuly. Proto vodík stejně jako další plyny vytváří dvouatomové molekuly.

• Elektrony tak vytvoří pár, který obíhá rovnoměrně kolem celé molekuly. Elektrony tak vytvoří pár, který obíhá rovnoměrně kolem celé molekuly.

• Stejně velkou energii bychom museli dodat, aby vazba zanikla a vodík Stejně velkou energii bychom museli dodat, aby vazba zanikla a vodík

mohl reagovat s jinou látkou. mohl reagovat s jinou látkou.

Valenční Valenční elektronyelektrony

Elektronový Elektronový párpár

energieenergie

• Nastane rovnovážný stav a tím se uvolní energie.Nastane rovnovážný stav a tím se uvolní energie.

• Chemické reakce můžeme rozdělit podle toho, jestli se v jejich průběhuChemické reakce můžeme rozdělit podle toho, jestli se v jejich průběhu

energie uvolní, nebo naopak musíme energii dodávat, aby chemická energie uvolní, nebo naopak musíme energii dodávat, aby chemická

reakce probíhala.reakce probíhala.

Seznam kapitol

Další

Exotermická reakce

• Při této reakci se uvolňuje energie.Při této reakci se uvolňuje energie.

• Příkladem může být vznik vody reakcí kyslíku a vodíku:Příkladem může být vznik vody reakcí kyslíku a vodíku:

2H2H22

H H

H H

OO22

O O

2H2H22OO

HO

H

H

O

H

++

++

• Takový děj označujeme jako Takový děj označujeme jako exotermickou reakci.exotermickou reakci.

energieenergie

• Aby mohlo k této chemické reakci dojít, musíme nejprve systému dodat Aby mohlo k této chemické reakci dojít, musíme nejprve systému dodat

takzvanou aktivační energii.takzvanou aktivační energii.

• Aktivační energie je nutná k rozložení vazeb molekul kyslíku a vodíku.Aktivační energie je nutná k rozložení vazeb molekul kyslíku a vodíku.

• Množství aktivační energie můžeme snížit přítomností katalyzátorů.Množství aktivační energie můžeme snížit přítomností katalyzátorů.

Seznam kapitol

Další

Aktivační energie

H H

H H

H

H

H

Haktivační energieaktivační energie

• Dál už probíhá reakce samovolně.Dál už probíhá reakce samovolně.

• Vytvoření vazeb mezi kyslíkem a vodíky se snižuje celková výše energieVytvoření vazeb mezi kyslíkem a vodíky se snižuje celková výše energie soustavy. soustavy.

• Tato energie se pak uvolňuje do okolí.Tato energie se pak uvolňuje do okolí.

O O

O

O

Chemické reakce samovolně probíhají proto, aby bylo dosaženo Chemické reakce samovolně probíhají proto, aby bylo dosaženo

rovnovážného stavu. rovnovážného stavu.

Pokud chceme reakcí získat látku s vyšší hladinou energie chemické Pokud chceme reakcí získat látku s vyšší hladinou energie chemické

vazby, musíme naopak energii dodávat.vazby, musíme naopak energii dodávat.

Seznam kapitol

Další

Změny energie v průběhu reakce

Energie produktůEnergie produktů

Energie výchozích látekEnergie výchozích látek

Aktivační energieAktivační energie

En

erg

ie

Průběh exotermické reakce

Rovnováhy látky nabydou snížením vnitřní Rovnováhy látky nabydou snížením vnitřní

energie molekuly. energie molekuly.

Energie se uvolňuje

Energii dodáváme

• Endotermická reakce je reakce, která probíhá pouze v případě, Endotermická reakce je reakce, která probíhá pouze v případě,

že látkám po celou dobu trvání reakce dodáváme energii. že látkám po celou dobu trvání reakce dodáváme energii.

Tedy nikoliv pouze aktivační energii jako v předchozím případě.Tedy nikoliv pouze aktivační energii jako v předchozím případě.

Seznam kapitol

Další

Endotermická reakce

• Tento rozklad už známe pod názvem elektrolýza.Tento rozklad už známe pod názvem elektrolýza.

• Příkladem může být pravý opak předchozí reakce.Příkladem může být pravý opak předchozí reakce.

Opakem hoření vodíku je rozklad vody na kyslík a vodíkOpakem hoření vodíku je rozklad vody na kyslík a vodík

2H2H22

H H

H H

OO22

O O

2H2H22OO

HO

H

H

O

H

++

++

• Víme, že k rozkladu dochází působením stejnosměrného proudu.Víme, že k rozkladu dochází působením stejnosměrného proudu.

Seznam kapitol

Další

Elektrolýza vody

• V případě destilované vody, která elektrony nevede, dojde jejich působením V případě destilované vody, která elektrony nevede, dojde jejich působením

k chemickým změnám. Rozdělí se elektronové páry.k chemickým změnám. Rozdělí se elektronové páry.

++__

vodavoda

elektrodyelektrody

Na počátku reakceNa počátku reakce

• Aparatura pro elektrolýzu vody má Aparatura pro elektrolýzu vody má

zavedené elektrody.zavedené elektrody.

• Záporná elektroda zavádí do Záporná elektroda zavádí do

sloučeniny elektrony. sloučeniny elektrony.

• Kladná naopak přitahuje přebytečné Kladná naopak přitahuje přebytečné

elektrony a odvádí je pryč.elektrony a odvádí je pryč.

• Opravdu čistá voda nevede elektřinu.Opravdu čistá voda nevede elektřinu.

• Kdyby šlo o vodu z vodovodu, která Kdyby šlo o vodu z vodovodu, která

má v sobě příměsi solí, elektrony by má v sobě příměsi solí, elektrony by

proběhly od elektrody k elektrodě a proběhly od elektrody k elektrodě a

došlo by ke zkratu zdroje.došlo by ke zkratu zdroje.

• Kyslík má elektronegativitu Kyslík má elektronegativitu 3,443,44. .

• Vodík má elektronegativitu Vodík má elektronegativitu 2,102,10..

• Rozdíl elektronegativit je: Rozdíl elektronegativit je: 3,44 – 2,10 =3,44 – 2,10 = 1,341,34. .

• V molekule vody jde tedy o polární vazbu mezi atomy. V molekule vody jde tedy o polární vazbu mezi atomy.

• Oba elektronové páry této vazby k sobě přitáhl atom kyslíku. Oba elektronové páry této vazby k sobě přitáhl atom kyslíku.

• Podívejme se nejprve na molekulu vody jako takovou.Podívejme se nejprve na molekulu vody jako takovou.

• Skládá se z kyslíku a dvou vodíků. Skládá se z kyslíku a dvou vodíků.

Seznam kapitol

Další

Elektrolýza vody• Při elektrolýze vody jde o to, rozložit molekulu na kyslík a vodík.Při elektrolýze vody jde o to, rozložit molekulu na kyslík a vodík.

• Kyslík má proti normálnímu stavu dva elektrony navíc. Proto má náboj Kyslík má proti normálnímu stavu dva elektrony navíc. Proto má náboj –II–II..

O

H

H

- II- II +I+I

+I+I

O HKyslík – 2 elektrony schopné chemické vazby

Vodík – 1 elektron schopný vazby

Voda – 2 společné

elektronové páry

• Každý vodík jeden elektron ztratil. Proto mají náboj Každý vodík jeden elektron ztratil. Proto mají náboj +I+I..

Seznam kapitol

Další

• Voda v aparatuře Voda v aparatuře

má z počátku své má z počátku své

molekuly náhodně molekuly náhodně

orientované.orientované.

_+O

H

_

+H

OH

_+H

OH

_

+ H

OH

_

+ H

OH

_+

H O H_

+H

O

H

_

+H

O

H

_

+H

O

H

_

+H

OH

_+

HOH

_+H

OH

_+H

• Původně náhodně orientované molekuly se vlivem přitažlivých sil Původně náhodně orientované molekuly se vlivem přitažlivých sil

mezi opačnými elektrickými náboji otáčejí mezi opačnými elektrickými náboji otáčejí

kladným pólem k záporné elektrodě a záporným pólem ke kladné.kladným pólem k záporné elektrodě a záporným pólem ke kladné.

• Ve chvíli, kdy Ve chvíli, kdy

připojíme zdroj připojíme zdroj

stejnosměrného stejnosměrného

proudu, začne na ně proudu, začne na ně

působit elektrické působit elektrické

pole.pole.O

H

_

+H

OH

_+H

OH

_

+ H

OH

_

+ H

OH

_+

H O H_

+H

O

H

_

+H

O

H

_

+H

O

H

_

+H

O

H

H

II- I+

I+

_+

Seznam kapitol

Další

• Atomy vodíku, které vazbou s kyslíkem ztratily elektrony,Atomy vodíku, které vazbou s kyslíkem ztratily elektrony,

jsou elektrickou silou přitahované k záporné elektrodě.jsou elektrickou silou přitahované k záporné elektrodě.

• Elektrická síla vede k roztržení molekuly vody na dvě části.Elektrická síla vede k roztržení molekuly vody na dvě části.

O

H

H

II- I+

I+• Atomy kyslíku jsou přitahované ke kladné elektrodě.Atomy kyslíku jsou přitahované ke kladné elektrodě.

_+

• Elektrony, které vycházejí ze záporné elektrody zaplňují místo Elektrony, které vycházejí ze záporné elektrody zaplňují místo

po elektronech, které vodík ztratil při vzniku molekuly vody.po elektronech, které vodík ztratil při vzniku molekuly vody.

Seznam kapitol

Další

• Elektrony, které kyslíku přebývají, odchází pryč kladnou elektrodou.Elektrony, které kyslíku přebývají, odchází pryč kladnou elektrodou.

HI+

H

I+ OII- O

H

H

II- I+

I+

H

H

O

• U záporné elektrody tak vznikají samostatné atomy vodíku.U záporné elektrody tak vznikají samostatné atomy vodíku.

• U kladné elektrody vznikají samostatné atomy kyslíku.U kladné elektrody vznikají samostatné atomy kyslíku.

_ +

Konec

• Z každé molekuly vody vzniknou dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku.Z každé molekuly vody vzniknou dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku.

2H2H22OO ++ OO22 2H2H22

energieenergie

Seznam kapitol

• Aby mohly vznikat kompletní molekuly nejen vodíku, ale i kyslíku, Aby mohly vznikat kompletní molekuly nejen vodíku, ale i kyslíku,

musí se proto na atomy rozdělit 2 molekuly vody.musí se proto na atomy rozdělit 2 molekuly vody.

• Vodík může již teď vytvořit molekulu, ale kyslík zatím ne.Vodík může již teď vytvořit molekulu, ale kyslík zatím ne.

+_

OH

H

HH

H

O

O

+_

OH

H OO

H

HH

H

H

HI+

HI+ O II- O II- H

I+

HI+

Seznam kapitol

Konec

• Množství energie, které musíme dodat aby proběhla elektrolýza, odpovídá Množství energie, které musíme dodat aby proběhla elektrolýza, odpovídá

množství energie, která se uvolní sloučením prvků zpět na vodu.množství energie, která se uvolní sloučením prvků zpět na vodu.

++__

vodíkvodík

kyslíkkyslík

2H2H22OO ++ OO22 2H2H22

energieenergie

++__

vodavoda

elektrodyelektrody

Na počátku reakceNa počátku reakce V průběhu reakceV průběhu reakce

Molekuly vody Molekuly vody

se působením se působením

proudu proudu

rozkládají na rozkládají na

kyslík a vodík.kyslík a vodík.

Vzniká 2x více Vzniká 2x více

vodíku než kyslíkuvodíku než kyslíku