Kemi och energi

Exoterma och endoterma reaktioner

Energiprincipen

Energi kan inte skapas eller förstöras – bara omvandlas mellan olika energiformer (energiprincipen)

Ex på energiformer:

strålningsenergi

värmeenergi (rörelse hos partiklar)

kemiskenergi (energiinnehåll i bindningar)

elektriskenergi (rörelse hos elektroner)

Enheter:

Joule (J)

Kalorier (cal)

Vid alla kemiska reaktioner sker energiförändringar

1. Energi frigörs (Exoterma reaktioner)

Ex. förbränning av kol

C + O → CO + värme

2. Energi tas upp (Endoterma reaktioner)

Ex. is som smälter

H2O(s) + värme → H2O (l)

Varifrån kommer energin?Var tar energin vägen?

Bindningarna!

• För att bryta en bindning - energi måstetillföras

• När en bindning bildas – frigörs energi

Kopparsulfat /kristallvatten

Nytt begrepp:

Entalpi - den energi som finns lagrad i ett ämne (energiinnehållet)

Entalpi (H) enhet: kj/mol

∆H = förändringen av entalpin (energiinnehållet) i en reaktion

∆H= Hprodukt - Hreaktant

∆H ˂ 0 exoterm reaktion (energi frigörs, värme )

∆H ˃ 0 endoterm reaktion (energi upptas, värme)

Energidiagram (exoterm reaktion)C + O2 → CO2 + värme

∆H= Hprodukt - Hreaktant ; ∆H ˂ 0

energiinnehåll

Energidiagram (Endoterm reaktion)

∆H= Hprodukt - Hreaktant ; ∆H ˃ 0

energiinnehåll

Avges eller upptas energi (värme)?2H2 + O2 → 2H2O

Bindningsenergi (Anta : 2 mol H2 , 1mol O2 )

Bindningar som bryts:

2 st H-H 2 x 436 kJ 872kJ

1 st O=O 1x 498 kJ 498kJ

Energi som krävs: -1370kJ

Bindningar som bildas:

2 st H-O-H ger 4 st H-O:

4 st H-O 4 x 464 kj 1856kJ

Energi som frigörs: +1856kJ

Totalt:

1856kJ – 1370kJ = 489 kJ frigörs som värme

Bindningsenergier kJ/mol

Bindning

H-H 436

H-O 464

O=O 498

2H2 + O2 → 2H2O + värme

exoterm reaktion

Läs boken sid 186-195 (kap11) (läxa!?)

Uppgifter: a) 1101-1102, 1104-1105,1110ab) 1103, 1109, 1110b-1112- - - - - - - - - -c) 1116, 1118, 1119d) T111, T114

Bindningsenergier se tabell 9:2 s152

Varför sker kemiska reaktioner?

Det finns två drivkraften bakom reaktioner:

1. Materia strävar efter ett så lågt energiinnehåll som möjligt

– strävan efter så låg entalpi (H) som möjligt

Entalpi (H) – värmeinnehåll

2. Materia strävar efter ökad oordning

– strävan efter så hög entropi (S) som möjligt

Entropi (S) - grad av oordning

Entropi (S) (kJ/K.mol)

Entropi (S) är ett mått på oordningen Oordningen i betydelsen utspridning av värme vilket ofta är det samma som utspridning av ämnespartiklar

Vid den absoluta nollpunkten (-273 C) är entropin 0.

(atomer är helt stilla)

Naturen strävar efter ökad oordning (naturlag- termodynamikens 2:a lag)

Ex värme sprids, universum utvidgas, allt sprider sig ”naturligt”, tex diffusion)

Entropin kan öka eller minska i ett system som utväxlar värme med sin omgivning.

För system och omgivning tillsammans gäller alltid att entropin ökar

→ Universums entropi ökar vid utspridning av värme d v s ständigt

Diffusion

Ett ämne sprider sig ”naturligt” från ett område med hög koncentration mot ett område med låg koncentration. (entropin, oordningen, ökar i systemet)

Entropi (S)

Låg entropi (liten oordning)

Hög entropi (stor oordning)

Reaktion åt höger (spontan) , oordningen ökar ΔS = Sefter - Sföre ΔS > 0

Reaktion åt vänster (kräver arbete/energi) , ordningen ökar ΔS = Sefter -Sföre ΔS < 0

Vilket har högst entropi?

ett stenblock sand

föräldrars sovrum ditt sovrum

is vatten

salt saltvatten

Spontana reaktioner - reaktionen sker utan att energi måste tillföras

Exoterma reaktioner är spontana.(Efter att reaktionen har startat – alla reaktioner behöver ”startenergi” så kallad aktiveringsenergi)

→ Värme frigörs (produkten har lägre energiinnehåll)

Tex C + O2 → CO2 + värme

Kan endoterma reaktioner vara spontana?

Varför smälter is spontant?

Reaktionen är ju endoterm (det krävs energi för att bryta vätebindningar

mellan molekylerna)

H2O(s) + värme → H2O (l)

forts. varför smälter is spontant?

Entropin ökar (ökad oordning) !

H2O (s) - mer ordning på vattenmolekylerna (kristall)

H2O (l) – större oordning , högre entropi

Alla spontana endoterma reaktioner har en entropiökning (ökad

oordning efter reaktionen)

Samband mellan entalpi och entropi

Hur entalpin och entropin samverkar kan beskrivas med Gibbs fria energi (G):

∆G = ∆H - T∆S

T = temperatur

Om ∆G < 0 sker reaktionen spontant

∆G > 0 sker reaktionen endast om energi tillförs.

Spontana reaktioner

Tex. när ngt stelnar

Ngt brinner upp

Tex .när ngt smälter

Energidiagram (Endoterm reaktion)

∆H= Hprodukt - Hreaktant ; ∆H ˃ 0

Läs boken sid 186-195 (kap11) (läxa!?)

Uppgifter: a) 1101-1102, 1104-1105,1110ab) 1103, 1109, 1110b-1112- - - - - - - - - -c) 1116, 1118, 1119d) T111, T114

Bindningsenergier se tabell 9:2 s152