Hemijska termodinamika 2

40
T E R M O H E M l J A Svaka fizička promena (topljenje isparavanje Svaka fizička promena (topljenje, isparavanje, prelazak jednog kristalnog oblika u drugi) ili hemijska reakcija praćene su energetskim promenama Toplotni efekti (Q) V= const. P= const. U Q V H Q P PdV dU dQ V Kod čvrstih i tečnih tela ΔU i ΔH su skoro isti

description

asprostranjenost, uloga i važnost sedimenata -Sedimentne stijene izgrađuju 5% ukupnog volumena oko 16 km debele vanjske ljuske Zemlje Petrologija (grčki πέτρα, petra, stena; λόγος, logos, saznanje (rasprava, diskusija)) je nauka koja se bavi izučavanjem stena i uslovima njihovog ... Triadnih Magmatskih Kamnin Slovenskem full version e-books and audio books, available to read online and download for free in PDF, TXT, ePub, ...

Transcript of Hemijska termodinamika 2

Page 1: Hemijska termodinamika 2

T E R M O H E M l J A

Svaka fizička promena (topljenje isparavanje Svaka fizička promena (topljenje, isparavanje, prelazak jednog kristalnog oblika u drugi) ili hemijska reakcija praćene su energetskim promenamaj p g p

Toplotni efekti (Q)

V= const. P= const.

UQV HQP PdVdUdQ QV

Kod čvrstih i tečnih tela ΔU i ΔH su skoro isti

Page 2: Hemijska termodinamika 2

Kada pri hemijskoj reakciji nastaje k i d j gas kao proizvod, za merenje

toplotnog efekta koristi se ΔH

HAUQp

nRTA nRTUH

Δn -razlika količine (u molovima) gasovitih i d i itih kt t h ij k j

nRTUH proizvoda i gasovitih reaktanata u hemijskoj reakciji

Page 3: Hemijska termodinamika 2

H ij k k ij jč šć Hemijske reakcije se najčešće dešavaju uz promenu temperature

EgzotermnaΔU -ΔU

-ΔH reaction

Endotermna +ΔU +ΔH +ΔH

reaction

Uvek posmatramo sistem!

Page 4: Hemijska termodinamika 2

Prikazani grafik predstavlja promenu Prikazani grafik predstavlja promenu energije kod

A) t ih A) egzotermnih B) endotermnih

reakcija

Page 5: Hemijska termodinamika 2

M j t l t f kt Merenje toplotnog efekta kalorimetrom vodeni kalorimetar

Uređaj za merenje energije (toplote) koja se otpušta ili prima tokomotpušta ili prima tokom hemijske reakcije

Prenos toplote meri se Prenos toplote meri se praćenjem promene temperature koju izaziva

Kalorimetar je izolovani sistem u kome se odvija adijabatski proces

Page 6: Hemijska termodinamika 2

Određivanje toplote rastvaranja Određivanje toplote rastvaranja soli kalorimetrom

dTdHCP dT

C iiOHOHKOHP cmcmCCC222kp tCH

solimoljedanZa

Mm

n n

tCH

solimoljedanZa

kp

MtCH kP

mΔtk -korigovana vrednost

promene temperature iiOHOHkOHP cmcmCCC22 iiOHOHOHP

222

Page 7: Hemijska termodinamika 2

Hessov zakon: Toplotni efekat hemijske (Q) reakcije ne zavisi od puta kojim se reakcija odigrava, već od početnog i krajnjeg stanja sistema Da li je to u suprotnosti sa prvim zakonom

termodinamike?Veliki broj hemijskih reakcija (procesa) se odigrava priVeliki broj hemijskih reakcija (procesa) se odigrava pri

konstantnom atmosferskom pritisku ili pri konstantnoj zapremini, tako da je toplotni efekat jednak promeni entalpije ΔH odnosno unutrašnje energije ΔU koje suentalpije, ΔH, odnosno unutrašnje energije ΔU, koje su funkcije stanja, pa odakle i sledi tačnost Hessovog zakona.

Ovaj zakon ustvari predstavlja specijalni slučaj prvogOvaj zakon ustvari predstavlja specijalni slučaj prvog zakona termodinamike (pri P=const., ili pri V=const.), kada je toplotni efekat funkcija stanja sistema

Page 8: Hemijska termodinamika 2

Kada koristimo Hessov zakon?

Kod reakcija gde nije moguće d d diti t l ij jneposredno odrediti promenu entalpije jer:

• • u stanju ravnoteže jako preovlađuju reaktanti • • previše su spore • • pod uslovima u kojima se odigrava reakcija p j g j

nastaju neki drugi stabilni proizvodi• ne mogu se izvesti u kalorimetrug

Page 9: Hemijska termodinamika 2

Primer 1. Hessovog zakona NH3(gas)+H2O → NH3(teč) ΔH1=-35,161 kJmol-1 HCl( ) +H2O → HCl(t č) ΔH2=-72 415 kJmol-1 HCl(gas) +H2O → HCl(teč) ΔH2 72,415 kJmol NH3(teč)+HCl(teč)→ NH4Cl(teč) ΔH3=-51,486 kJmol-1

ΔH=-159,062 kJmol-1

NH3(gas)+HCl(gas)→ NH4Cl(čvr) ΔH1=-176,224 kJmol-1 NH4Cl(čvr)+H2O →NH4Cl(teč) ΔH2=-16,325 kJmol-1( ) ( )

ΔH=-159,899 kJmol-1

Page 10: Hemijska termodinamika 2

Primer 1. Hessovog zakona

AA

1H

AC

2H

AB

3H

Posledica: moguće je izračunati jedan toplotni efekat ako su poznati svi ostali.g j j p pΔH1=ΔH2+ΔH3

Page 11: Hemijska termodinamika 2

Primer 2 Hessovog zakonaPrimer 2. Hessovog zakonaIako se toplotni efekat dobijanja CO ne može odrediti eksperimentalnim putem, može se p p ,izračunati

C + O2→ CO2ΔH 393 kJ l 1

2OC

1HΔH1 = -393,7 kJmol-1

C + 1/2 O2→ CO ΔH2= ?

CO+ 1/2 O2 → CO2ΔH3 = -283,7 kJmol-1

2CO?2 H

ΔH3 283,7 kJmol

ΔH1 = ΔH2 + ΔH33H1

Toplotni efekat dobijanja CO:ΔH2 = ΔH1 - ΔH3 = (-393,7 + 283,2)

kJmol-1 =-110,5 kJmol-1

221 OCO

kJmol 110,5 kJmol

Page 12: Hemijska termodinamika 2

Primer 3. Hessovog zakonagToplotni efekat prelaza jednog kristalnog oblika u drugi je spor proces i ne može se eksperimentalno meriti

C(d) + O2 →CO2( ) 2 2ΔH1 = -395,5 kJmol-1

C(dijamant) → C(grafit) ΔH2= ?( j ) (g ) 2 C(gr)+ O2 →CO2

ΔH3 = -393,6 kJmol-1C ΔH2 = ΔH1 - ΔH3 =

(-395,5 + 393,6) kJmol-1 =

dijamantC

?H

1H

( , , )- 1,9 kJmol-12CO?2 H

3H

grafitC

Page 13: Hemijska termodinamika 2

I ovo je Hessov zakonI ovo je Hessov zakon

Page 14: Hemijska termodinamika 2

Hesov zakon kaže

A) Toplotni efekat zavisi od puta kojim se k ij d ijreakcija odvija

B) Toplotni efekat pri P=konst je funkcija ) p p j jstanja

C) Toplotni efekat kod svih egzotermnih C) Toplotni efekat kod svih egzotermnih reakcija je uvek isti

Page 15: Hemijska termodinamika 2

Prema procesima na koje se H Prema procesima na koje se H odnosi, definisane su: Standardna entalpija nastajanja (formiranja) jedinjenja Standardna entalpija hemijske reakcije Standardna entalpija topljenja Standardna entalpija isparavanja Standardna entalpija sublimacije

Faznog prelaza

Standardna entalpija mešanja Standardna entalpija rastvaranja Standardna entalpija atomizacije p j j Standardna entalpija jonizacije Standardna entalpija sagorevanja Standardna entalpija neutralizacije Standardna entalpija neutralizacije Standardna entalpija kristalne rešetke Srandardne entalpije delokalizacije Itd Itd

Page 16: Hemijska termodinamika 2

Entalpija (toplota) nastajanja (f i j t j ) j di j j (formiranja, stvaranja) jedinjenja

P= konst

Molarna toplota nastajanja jedinjenja-količina toplote koju reakcioni sistem razmeni sa okolinom pri nastajanju jednog mola jedinjenja iz elemenatapri nastajanju jednog mola jedinjenja iz elemenata

jedinica: Jmol-1Ako je pod standardnim uslovima: 0HAko je pod standardnim uslovima:

standardna promena entalpije nastajanja jedinjenja

0298H

astaja ja jed je jaStandardni uslovi: pritisak P0=101325 Pa i T=298,15 K (25)

Standardne entalpije elemenata 0Standardne entalpije elemenataStandardno stanje je najstabilniji oblik pod standardnim

uslovima (za ugljenik je to grafit, a ne dijamant) 00

298 H

Page 17: Hemijska termodinamika 2

Vrednosti standardnih promena t l ij j di j j l entalpija jedinjenja nalaze se u

termodinamičkim tablicama

0298H

0298H

298

0H 0298H

Mogu imati i pozitivne i negativne vrednosti Mogu imati i pozitivne i negativne vrednosti

Page 18: Hemijska termodinamika 2

Standardno stanje ugljenika ( j t bil iji blik d t d d i (najstabilniji oblik pod standardnim uslovima) je:

A) grafit B) dijamant C) fuleren C) fuleren D) sva tri

Page 19: Hemijska termodinamika 2

Standardne entalpije nastajanja Standardne entalpije nastajanja jedinjenja su

A) uvek pozitivne B) uvek negativne C) i pozitivne i negativne C) i pozitivne i negativne D) uvek nula

Page 20: Hemijska termodinamika 2

Standardne entalpije elemenata Standardne entalpije elemenata ( u najstabilnijem stanju) su

A) uvek pozitivne B) uvek negativne C) i pozitivne i negativne C) i pozitivne i negativne D) uvek nula

Page 21: Hemijska termodinamika 2

Standardna entalpija hemijske reakcije

Izračunati standardnu promenu entalpije sledeće hemijske reakcije:p p j j j

HClCHClClCH 33 324

reaktanataproizvoda 0298

0298

0298 HHH

)](3)([)(3)( 202984

0298

02983

0298

0298 ClHCHHHClHCHClHH

10298 58,336)81,74()307,92(347,134 kJmolH

Page 22: Hemijska termodinamika 2

Entalpija (toplota) sagorevanja Uvek egzoterman proces!

Kalorimetarska bomba

Mešalica

Čelik vodaO lik išk d liki P Uzorak Čelik vodaO2 u velikom višku, pod velikim P Uzorak

Page 23: Hemijska termodinamika 2

Kalorimetarska bombaKalorimetarska bomba

Page 24: Hemijska termodinamika 2

Pri sagorevanju svake organske supstance nastaju CO2 i H2O

nRTUH

Pri sagorevanju svake organske supstance nastaju CO2 i H2O

Sagorevanje etanola do CO2 i H2OC H OH 3O 2CO 3H O C2H5OH(l) + 3O2(g)→2CO2(g)+3H2O(l)

RTURT)32(UH 0298

0298

0298

Sagorevanje glukoze do CO i H O Sagorevanje glukoze do CO2 i H2O

C H O +6 O 6 CO +6 H OC6H12O6(s) +6 O2(g)→6 CO2(g) +6 H2O(l)000 )66( URTUH

10298 2816 kJmolH

298298298 )66( URTUH

Page 25: Hemijska termodinamika 2

Proces sagorevanja neke Proces sagorevanja neke supstance je

A) uvek egzoterman B) uvek endoterman C) zavisi od uslova reakcije C) zavisi od uslova reakcije

Page 26: Hemijska termodinamika 2

Pri sagorevanju svake organske Pri sagorevanju svake organske supstance nastaju:

A) H2O i CO2

B) CO2 i CO C) H2 i CO2 C) H2 i CO2

D) H2O i CO

Page 27: Hemijska termodinamika 2

Entalpija (toplota)t li ijneutralizacije

uvek egzoterman proces

Jake kiseline i baze (potpuno disosovane) H+ + Cl- + Na+ + OH-→Na+ + Cl- +H O H+ + Cl + Na+ + OH →Na+ + Cl +H2O H+ + OH-→H2O

)]OH(H)H(H[)OH(HH 0298

02982

0298

0298

Ho

298(H+)=0Ho

298(H2O)=-285,97 kJmol-1298( 2 )Ho

298(OH-)=-230,05 kJmol-1

11298 92,55)05,23097,285( kJmolkJmolH o

Page 28: Hemijska termodinamika 2

Toplota neutralizacije (jaka baza i jaka p j (j jkiselina) je uvek ista (-55,9kJmol-1) računato na jedan mol vode

2H+ + SO42- + Na+ +OH-→2Na+ +SO4

2- + 2H2O

2H+ + OH-→2H O 2H + OH →2H2O

1298 84118 kJmolH o298 84,118 kJmolH

Kod neutralizacije slabe kiseline (slabe baze)

Toplota se troši na disocijaciju slabe

toplotni efekat je uvek manji od -55,9kJmol-1

Toplota se troši na disocijaciju slabe baze(slabe kiseline) na jone

Page 29: Hemijska termodinamika 2

Entalpija (toplota)Entalpija (toplota)rastvaranja

Može biti i egzotermna i R t jegzotermna i endotermnaZavisi od prirode

Rastvaranje LiCl u vodi-toplota se

Zavisi od priroderastvorka

oslobađa - ΔH

rastvarača Zavisi da li je

Rastvaranje (NH4)2SO4 -toplota j

rastvorak gasovit, tečan ili čvrst

( 4)2 4 pse apsorbuje +ΔH

Page 30: Hemijska termodinamika 2

Rastvaranje čvrstih telaRastvaranje čvrstih telaendoterman egzoterman

+ΔHRaskidanje veza

-ΔHSolvatacija as da je e a

Toplota topljenjaj

(hidratacija)

sr HHH srKod andhidrovanih soli

ΔHs veće nego kod hidratisanihUkupna toplota rastvaranja:

u zavisnosti šta je veće: ili +ΔH ili -ΔH

Page 31: Hemijska termodinamika 2

Rastvaranje gasova i tečnosti

Nema raskidanja vezaΔH 0 ΔHr=0

sHH sr HHH

Uvek egzoterman procesToplota rastvaranja gasova ΔH Toplota rastvaranja gasova ΔH jednaka je toploti kondenzacije

Page 32: Hemijska termodinamika 2

Entalpija (toplota) faznog Entalpija (toplota) faznog prelaza

Isparavanje vode: Isparavanje vode: endoterman proces ΔH =40,7kJ/mol

Topljenje leda:endoterman proces endoterman proces

ΔH =6,01kJ/molToplota koju sistem na konstantnoj temperaturi primi ili otpusti pri prelazu iz jednoToplota koju sistem na konstantnoj temperaturi primi ili otpusti pri prelazu iz jedno

u drugo agregatno stanje zove se latentna (skrivena) toplota transformacije.Temperatura na kojoj sistem prelazi iz jednog u drugo agregatno stanje

zove se temperatura prelaza

Page 33: Hemijska termodinamika 2

Da li je znojenje egzoterman ili Da li je znojenje egzoterman ili endoterman proces?

a) egzotermanb) endotermanb) endoterman

Pri isparavanju vode iz

H2O(l)→ H2O(g)

organizma, troši se znatna količina energije

ΔH = 10,52 kcal/mol(40,7kJ/mol)

Kontrola i regulacija telesne temperature-znojenjem se organizam štiti od visokih t ttemperatura

Znojenjem se gubi toplota i telo se hladi!Znojenjem se gubi toplota i telo se hladi!

Page 34: Hemijska termodinamika 2

Koji procesi su uvek Koji procesi su uvek egzotermni?

A) sagorevanje B) neutralizacija C) fazni prelaz C) fazni prelaz D) rastvaranje tečnosti E) rastvaranje gasova F) rastvaranje čvrstih tela F) rastvaranje čvrstih tela

Page 35: Hemijska termodinamika 2

Ako je topljenje leda endoterman proces da li je mržnjenje proces, da li je mržnjenje egzoterman proces?

A) daB) B) ne

Svaki mol vode koji se pretvori u led oslobodi 6,01 kJ toplote

ΔH=-6,01kJmol-1

Page 36: Hemijska termodinamika 2

P i t li iji j k b j k Pri neutralizaciji jake baze jakom kiselinom, toplota neutralizacije je

A) ΔH=-55,9kJ/mol B) ΔH>-55,9kJ/mol C) ΔH<-55,9kJ/mol C) ΔH 55,9kJ/mol

Page 37: Hemijska termodinamika 2

P i t li iji l b b l b Pri neutralizaciji slabe baze slabom kiselinom, toplota neutralizacije je

A) ΔH=-55,9kJ/mol B) ΔH>-55,9kJ/mol C) ΔH<-55,9kJ/mol C) ΔH 55,9kJ/mol

Page 38: Hemijska termodinamika 2

U kalorimetarskoj bombi meri se U kalorimetarskoj bombi meri se toplota

A) neutralizacije B) sagorevanja C) rastvaranja C) rastvaranja D) nastajanja jedinjenja

Page 39: Hemijska termodinamika 2

Entalpija (toplota) kristalne Entalpija (toplota) kristalne rešetke

Mera za čvrstinu jonske kristalne rešetkerešetke.

Promena entalpije kada rešetka nastaje i j kiz jonskog gasa:

Na+(g)+Cl-(g) NaCl(s)(g) (g) ( )

Može se izračunati iz drugih podataka upotrebom adaptacije Hessovog zakona-p p j gBorn-Haberov ciklus

Page 40: Hemijska termodinamika 2

+800+800+800Born-Haber Cycle for Sodium ChloridekJmol-1

+600

+700

+600

+700

+600

+700Na+(g) + Cl(g)

+400

+500

+600

+400

+500

+600

+400

+500

+600

Na(g) + Cl(g)+300

+400

Na(g) + Cl(g)+300

+400

Na(g) + Cl(g)+300

+400

L tti E th l fNa+(g) + Cl-(g)

( )

Na(g) + 1/2 Cl2(g)+100

+200

( )

Na(g) + 1/2 Cl2(g)+100

+200

( )

Na(g) + 1/2 Cl2(g)+100

+200 Lattice Enthalpy for Sodium Chloride

Na(s) + 1/2 Cl2(g)0

-100

Na(s) + 1/2 Cl2(g)0

-100

Na(s) + 1/2 Cl2(g)0

-100

786 k lθ -

--

-300

-200

-300

-200

-300

-200 H = -786 kJmol-1θL

- -

-400-400-400NaCl(s)