Termochemia

2.3.1. Prawo Hessa

2.3.2. Równania termochemiczne

2.3.3. Obliczanie efektów cieplnych

2.3.4. Prawo Kirchoffa

TERMOCHEMIAtermochemia zajmuje się pomiarem oraz

ilościową analizą przepływu ciepła

podczas przebiegu reakcji chemicznych.

CIEPŁO REAKCJI - PRAWO HESSA

W warunkach izochorycznych

rVr UQ ,

VpUQ pr ,

rHpVUQ

W warunkach izobarycznych

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 22.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

W warunkach izochoryczny

1

,

,,

molJ

UUQ

TV

VrVr

W warunkach izobarycznych

1

,

,,

molJ

HHQ

Tp

prpr

W tych warunkach ciepło jest funkcją stanu.

Istota termochemii

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 32.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

Pojęcia termochemiczne

Ciepło tworzenia związku jest to ciepło reakcji powstawania tego

związku w ilości 1 mola z pierwiastków będących w odmianach

trwałych termodynamicznie w danych warunkach.

Standardowe molowe ciepło tworzenia jest ciepłem tworzenia w

warunkach standardowych.

Standardowa entalpia tworzenia jest standardową entalpią danego

związku chemicznego.

Standardowe entalpie pierwiastków (ich odmian trwałych w

warunkach standardowych) są równe ZERU!!!

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 42.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

ychstandardow stanach w substratów

rycznestechiomet Iloscim2211 mSSS

ychstandardow stanachw produktów

rycznestechiomet Iloscin2211 nPPP Ho

ychstandardow stanach w trwalychicznietermodynam

odmianach w proste Substancje substraty

o

itwi H produkty

o

itwi H

substraty

o

itwi

produkty

o

itwi

o HHH

reagenty

o

itwi

o HH

Termochemia – Podstawowe zasady termochemiczne

Standardowa entalpia tworzenia twHo

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 52.3. Termochemia

przykładowo dla reakcji:

C(grafit) + O2(g) CO2(g)H= H (CO2) – H(Cgrafit ) - H(O2) = -393.51 kJ/mol;

H(O2 ) = 0 H(Cgrafi ) = 0

w warunkach standardowych H= H°298K,1atm

Termochemia – Podstawowe zasady termochemiczne

Standardowa entalpia tworzenia twHo

Przykłady „reakcji tworzenia”...

c2g221

g2 OHOH 1o

tw molkJ 02286 K298,15HΔ ,

gg221

S221 HIHI 1o

tw molkJ 3826 K298,15HΔ ,

c43g2bialyg223 POH2OPH

1o

tw molkJ 1925 K298,15HΔ ,

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 62.3. Termochemia

ychstandardow stanach w substratów

rycznestechiomet Iloscim2211 mSSS

ychstandardow stanachw produktów

rycznestechiomet Iloscin2211 nPPP Ho

ychstandardow stanach w spalaniaProdukty

substraty

o

ispali H produkty

o

ispali H

produkty

o

ispali

substraty

o

ispali

o HHH

reagenty

o

ispali

o HH

Termochemia – Podstawowe zasady termochemiczne

Standardowa entalpia spalania spalHo...

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 72.3. Termochemia

Entalpia dowolnego procesu może być zastąpiona

zestawu innych reakcji (równania termochemiczne =

równania algebraiczne)

Przykładowo:

tworzenie diamentu z grafitu ołówkowego. Szukamy

C(grafit) C(diament) H=?

Dysponujemy:

C(grafit) + O2(g) CO2(g) H°298K = -393.51 kJ/mol

C(diament) + O2(g) CO2(g) H°298K = -395.40 kJ/mol

H = (H(CO2) –H(C(grafit)) – H(O2) - (H(CO2) –H(C(diament)) – H(O2)

H = H(C(grafit)) – H(C(diament)) = -393.51+395.40= 1.89kJ/mol

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 82.3. Termochemia

Termochemia – Podstawowe zasady termochemiczne

Substraty w stanach

standardowych w ilościach

stechiometrycznych

H1o

U1o

H3o

U3o

H2o

U2o

Hxo

Uxo

EFEKT CIEPLNY REAKCJI CYKLICZNYCH

Produkty w stanach

standardowych w ilościach

stechiometrycznych

Substraty w stanach

standardowych w ilościach

stechiometrycznych

Produkty w stanach

standardowych w ilościach

stechiometrycznych

Dla dowolnego cyklu termodynamicznego:

0i

iH 0i

iU

321 HHHH x 321 UUUU x

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 92.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

Napisać wyrażenie na ciepło reakcji pod stałym ciśnieniem

)(3)(2)(2 2/1 ggg SOOSO

Dla każdej reakcji:

)()( substriiprodiiV UnUnQU

)()( substriiprodiip HnHnQH

W szczególności

223 2

1SOOSO HHHH

efekt energetyczny reakcji jest suma entalpii tworzenia

PRZYKŁADY OBLICZANIA EFEKTÓW CIEPLNYCH

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 102.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

)(126)(2)(66 3 cgc HCHHC

0

)(298

0

)(298

0

)(298298 2661263 HHCHC

o HHHH

PRZYKŁADY OBLICZANIA EFEKTÓW CIEPLNYCH

Obliczyć standardową zmianę entalpii reakcji

uwodornienia benzenu:

Konieczna jest znajomość danych termochemicznych

np. standardowych entalpii tworzenia reagentów:

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 112.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

Przykład

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 122.3. Termochemia

Termochemia – prawo Hessa

Oszacowanie energii wiązania C-H znając standardowe

entalpie spalania: metanu (H1), wodoru (H2), grafitu (H3)

Przykład

HHHC HHHHHH 224 4321

ZALEŻNOŚĆ CIEPŁA OD TEMPERATURY

Drogi reakcji

sposób I – ogrzewanie substratów i przeprowadzenie reakcji

sposób II – przeprowadzenie reakcji i ogrzanie produktów

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 132.3. Termochemia

Termochemia – prawo Kirchoffa

o

iV

i

i

V

V

V

o

r vC

T

U,C

dTCvUU iV

T

T

iTrTr ,,,

2

1

12

o

ip

i

i

p

p

p

o

r vC

T

H,C

dTCvHH ip

T

T

iTrTr ,,,

2

1

12

Matematyczne sformułowanie prawa KIRCHOFFA

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 142.3. Termochemia

Termochemia – prawo Kirchoffa

2 TcTbaCp

Graficzna interpretacja prawa KIRCHOFFA

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 152.3. Termochemia

Termochemia – prawo Kirchoffa

N2(g) + 3H2(g) = 2 NH3(g)

-120

-110

-100

-90

300

700

1100

1500

T/K

/(

kJ/m

ol)

170

171

172

173

174

300

500

700

900

1100

T/K

H0/(kJ/mol)

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

Wykład z Chemii Fizycznej str. 2.3 / 162.3. Termochemia

Termochemia – prawo Kirchoffa

Przykład wpływu temperatury na efekt energetyczny reakcji Ho(T):

-45

-40

-35

-30

300

700

1100

1500

T/K

H0/(kJ/mol)

CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)