Hajde da razgovaramo o tome šta je toplota formiranja, i definišemo one uslove koji se nazivaju standardnim. Da bismo razumjeli ovo pitanje, otkrit ćemo razlike između jednostavnih i složenih supstanci. Da biste konsolidirali koncept "topline formiranja", razmotrite specifične hemijske jednadžbe.
Standardna entalpija stvaranja supstanci
U reakciji interakcije ugljenika sa gasovitim vodonikom oslobađa se 76 kJ energije. U ovom slučaju, ova brojka je toplinski učinak kemijske reakcije. Ali ovo je također toplina formiranja molekule metana iz jednostavnih tvari. "Zašto?" - pitate. To je zbog činjenice da su početne komponente bile ugljik i vodonik. 76 kJ/mol će biti energija koju hemičari nazivaju "toplina formiranja".
Tabele podataka
U termohemiji postoje brojne tabele koje ukazuju na toplote nastanka raznih hemikalija iz jednostavnih supstanci. Na primjer, toplina stvaranja tvari čija je formula CO2, u plinovitom stanjuima indeks od 393,5 kJ/mol.
Praktična vrijednost
Zašto su nam potrebne ove vrijednosti? Toplota formiranja je vrijednost koja se koristi pri izračunavanju toplotnog efekta bilo kojeg kemijskog procesa. Da bi se izvršili takvi proračuni, bit će potrebna primjena zakona termohemije.
Termohemija
On je osnovni zakon koji objašnjava energetske procese uočene u procesu hemijske reakcije. Tokom interakcije, u reagujućem sistemu se uočavaju kvalitativne transformacije. Neke tvari nestaju, a umjesto njih se pojavljuju nove. Takav proces je praćen promjenom unutrašnjeg energetskog sistema, koja se manifestira u obliku rada ili topline. Rad povezan sa ekspanzijom ima minimalni indikator za hemijske transformacije. Toplota koja se oslobađa pri transformaciji jedne komponente u drugu supstancu može biti velika.
Ako uzmemo u obzir razne transformacije, za gotovo sve postoji apsorpcija ili oslobađanje određene količine topline. Da bi se objasnili fenomeni koji se dešavaju, stvoren je poseban odeljak - termohemija.
Hessov zakon
Zahvaljujući prvom zakonu termodinamike postalo je moguće izračunati toplotni efekat u zavisnosti od uslova hemijske reakcije. Proračuni su zasnovani na osnovnom zakonu termohemije, odnosno Hessovom zakonu. Dajemo njegovu formulaciju: toplotni efekat hemijske transformacijepovezano sa prirodom, početnim i konačnim stanjem materije, nije povezano sa načinom na koji se interakcija sprovodi.
Šta proizlazi iz ove formulacije? U slučaju dobijanja određenog proizvoda, nema potrebe da se koristi samo jedna opcija interakcije, moguće je da se reakcija izvede na različite načine. U svakom slučaju, bez obzira na to kako dobijete željenu supstancu, termički učinak procesa će biti iste vrijednosti. Da bi se to odredilo, potrebno je sumirati toplinske efekte svih međutransformacija. Zahvaljujući Hessovom zakonu, postalo je moguće izvršiti proračune numeričkih pokazatelja toplotnih efekata, što je nemoguće izvesti u kalorimetru. Na primjer, kvantitativno se toplina stvaranja tvari ugljičnog monoksida izračunava prema Hessovom zakonu, ali je nećete moći odrediti običnim eksperimentima. Zbog toga su toliko važne posebne termohemijske tablice u koje se unose numeričke vrijednosti za različite tvari određene pod standardnim uvjetima
Važni poeni u proračunima
S obzirom da je toplota formiranja toplotni efekat reakcije, stanje agregacije dotične supstance je od posebnog značaja. Na primjer, prilikom mjerenja uobičajeno je uzeti u obzir grafit, a ne dijamant, kao standardno stanje ugljika. Uzimaju se u obzir i pritisak i temperatura, odnosno uslovi u kojima su se reagujući sastojci u početku nalazili. Ove fizičke veličine mogu značajno uticati na interakciju, povećati ili smanjiti energetsku vrijednost. Za osnovne proračune,termohemije, uobičajeno je da se koriste specifični indikatori pritiska i temperature.
Standardni uslovi
Budući da je toplota formiranja supstance određivanje veličine energetskog efekta u standardnim uslovima, izdvojićemo ih posebno. Temperatura za proračune je odabrana 298 K (25 stepeni Celzijusa), pritisak - 1 atmosfera. Osim toga, važna stvar na koju vrijedi obratiti pažnju je činjenica da je toplina formiranja bilo koje jednostavne tvari nula. Ovo je logično, jer jednostavne supstance se ne formiraju same, odnosno nema trošenja energije za njihovo formiranje.
Elementi termohemije
Ova sekcija moderne hemije je od posebnog značaja, jer se tu vrše važni proračuni, dobijaju specifični rezultati koji se koriste u termoenergetici. U termohemiji postoji mnogo koncepata i pojmova koji su važni za rad kako bi se dobili željeni rezultati. Entalpija (ΔH) ukazuje da se hemijska interakcija odvijala u zatvorenom sistemu, nije bilo uticaja na reakciju drugih reagenasa, pritisak je bio konstantan. Ovo pojašnjenje nam omogućava da govorimo o tačnosti izvršenih proračuna.
U zavisnosti od vrste reakcije koja se razmatra, veličina i znak rezultirajućeg termičkog efekta mogu se značajno razlikovati. Dakle, za sve transformacije koje uključuju razgradnju jedne složene tvari na nekoliko jednostavnijih komponenti, pretpostavlja se apsorpcija topline. Reakcije spajanja mnogih polaznih supstanci u jedan, složeniji proizvod su praćeneoslobađanje značajne količine energije.
Zaključak
Prilikom rješavanja bilo kojeg termohemijskog problema koristi se isti algoritam radnji. Prvo, prema tablici, za svaku početnu komponentu, kao i za produkte reakcije, određuje se vrijednost topline formiranja, ne zaboravljajući stanje agregacije. Dalje, naoružani Hesovim zakonom, sastavljaju jednačinu za određivanje željene vrijednosti.
Posebnu pažnju treba obratiti na uzimanje u obzir stereohemijskih koeficijenata koji postoje ispred početnih ili konačnih supstanci u određenoj jednačini. Ako u reakciji postoje jednostavne tvari, tada su njihove standardne topline formiranja jednake nuli, odnosno takve komponente ne utječu na rezultat dobiven u proračunima. Pokušajmo primljene informacije iskoristiti za određenu reakciju. Ako uzmemo kao primjer proces formiranja čistog metala iz željeznog oksida (Fe3+) interakcijom s grafitom, tada u priručniku možete pronaći vrijednosti standardne toplote formiranja. Za oksid željeza (Fe3+) to će biti –822,1 kJ/mol, za grafit (jednostavnu supstancu) jednako je nuli. Kao rezultat reakcije nastaje ugljični monoksid (CO) za koji ovaj indikator ima vrijednost od 110,5 kJ / mol, a za oslobođeno željezo toplina formiranja odgovara nuli. Zapis standardne toplote formiranja date hemijske interakcije karakteriše se na sledeći način:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Analiziranjenumerički rezultat dobijen prema Hessovom zakonu, možemo zaključiti da je ovaj proces endotermna transformacija, odnosno da uključuje utrošak energije za reakciju redukcije željeza iz njegovog trovalentnog oksida.
