Hemijske reakcije 4 - TERMOHEMIJA

Entalpija

Entalpija je termodinamička funkcija koja je mera toplote koju izmene sistem i okolina kada se hemijska reakcija odvija pri konstantnom pritisku i kada se ne vrši nikakav drugi rad osim P-V rada: H = U + P*V

Entalpija je funkcija stanja sistema. Nemoguće je meriti apsolutnu rednost entalpije, nego samo njenu promenu: ΔH = Δ(U + P*V), ako je pritisak konstantan:  ΔH = ΔU + P*ΔV.

Entalpija reakcije - pošto je ΔH = H_krajnje – H_početno promena entapije tokom hemijske reakcije može se predstaviti kao entalpija proizvoda minus entalpija reaktanata.

2H₂ (g) + O₂ (g) ----> 2H₂O (g) ΔH = -483,6 kJ

Ovakva reakcija se naziva termohemijska reakcija. Kada su oba reaktanta u istom agregatnom stanju reakcije se nazivaju homogenim reakcijama. A rekcije reaktanata različitog agregatnog stanja nazivamo heterogenim reakcijama. U termohemijskim jednačinama mora se naznačiti u kom agregatnom stanju se nalazi supstanca.

Egzotermne reakcije - kada je vrednost  negativna to znači da je sistem otpustio toplotu u okolinu  pa je proces egzoterman.

Endotermne reakcije - kada je rednost  negativn ato znači da je sistem dobio toplotu iz okoline pa je proces endoterman.

Entalpija reakcije

Promena entalpije hemijske reakcije upravo je proporcionalna količini supstance koja reaguje:

2H₂ (g) + O₂ (g) ----> 2H₂O (g) ΔH = -483,6 kJ

H₂ (g) +1/2 O₂ (g) ----> H₂O (g) ΔH = -241,8 kJ

Promena entalpije  poratne reakcije ima istu brojnu vrednost, samo ima različit znak (+/-) od promene entalpije direktne reakcije:

 

2H₂ (g) + O₂ (g) ----> 2H₂O (g) ΔH = -483,6 kJ

2H₂O (g) ------> 2H₂ (g) + O₂ (g) ΔH = +483,6 kJ

Entalpija zavisi i od agregatnog stanja:

 

2H₂ (g) + O₂ (g) ----> 2H₂O (g) ΔH = -483,6 kJ

H₂ (g) + O₂ (g) ----> 2H₂O (l) ΔH = -571,6 kJ

Standardna entalpija reakcije

Standardna entalpija reakcije (ΔrH) je promena entalpije kada reaktanti u standardnom stanju daju produkte u standardnom stanju (kJ/mol).

Standardna entalpija reakcije ima predznak - ako je proces egzoterman.

Standardna entalpija reakcije ima predznak + ako je proces endoterman.

Entalpija staranja jedinjenja

Standardna entalpija stvaranja ( ΔHf^o) je promena entalpije pri stvaranju 1 mola jedinjenja iz elementa pri standardnim uslovima.

Uzima se najstabilniji oblik supstance pri standardnim uslovima.

Standardna entlpija stvaranja najstabilnije forme hemijskog elementa je 0 (nula).

Entalpija reakcije:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) ---> CO₂ (g) + 2H₂O (g)

CaO (s) + 2H₂O (l) ---> Ca(OH)₂ (s)

Entalpija stvaranja:

Ca (s) + O₂ (g) + H₂ (g) ---> Ca(OH)₂ (s)

S (s) + O₂ (g) ---> SO₂ (g)

C (s, grafit) + O₂ (g) ---> CO₂ (g)

Spontanost hemijskih reakcija

Za spontane procese je karakteristično da je krajnje stanje neuređenije od početnog. Spontani procesi teku uz povećanje neuređenosti sistema.

Termodinamička veličina koja se uvodi kao merilo neuređenosti sistema je entropija (S).

Što je sistem neuređeniji entropija će mu biti veća. Promena entropije sistema je jednaka razlici krajnje i početne entropije:

ΔS = S_krajnje – S_početno

Pozitivno ΔS znači da je sistem na kraju neuređeniji nego na početku. Spontani procesi teku uz povećanje energije.  Povratan proces je spontan.

ΔS > 0 (+) spontan proces

ΔS < 0 (-) proces nije spontan

ΔS = 0 sistem je u ravnoteži

Gibsova slobodna energija

Maksimalna količina energije koja se može prevesti u slobodan rad (gibsova slobodna energija - G) jednaka je ukupnoj promeni energije sistema minus energija utrošena na povećanje neuređenosti sistema.

ΔG = ΔH – T*ΔS

ΔG > 0 (+) proces nije spontan

ΔG< 0 (-) proces je spontan

ΔG = 0 (ΔH = T*ΔS) sistem je u ravnoteži