Нека поговорим за това каква е топлината на образуване и също така да дефинираме онези условия, които се наричат стандартни. За да разберем този въпрос, ще открием разликите между простите и сложните вещества. За да консолидирате концепцията за "топлина на образуване", разгледайте специфични химически уравнения.
Стандартна енталпия на образуване на вещества
В реакцията на взаимодействие на въглерод с газообразен водород се освобождава 76 kJ енергия. В този случай тази цифра е топлинният ефект на химическа реакция. Но това е и топлината на образуване на молекула на метан от прости вещества. "Защо?" - ти питаш. Това се дължи на факта, че първоначалните компоненти са въглерод и водород. 76 kJ / mol ще бъде енергията, която химиците наричат "топлина на образуване".
Таблици с данни
В термохимията има множество таблици, които показват топлината на образуване на различни химикали от прости вещества. Например топлината на образуване на вещество, чиято формула е CO2, в газообразно състояниеима индекс от 393,5 kJ/mol.
Практическа стойност
Защо са ни необходими тези стойности? Топлината на образуване е стойност, която се използва при изчисляване на топлинния ефект на всеки химичен процес. За да се извършат такива изчисления, ще се изисква прилагането на закона на термохимията.
Термохимия
Той е основният закон, който обяснява енергийните процеси, наблюдавани в процеса на химическа реакция. По време на взаимодействието се наблюдават качествени трансформации в реагиращата система. Някои вещества изчезват, вместо тях се появяват нови компоненти. Такъв процес е придружен от промяна във вътрешната енергийна система, която се проявява под формата на работа или топлина. Работата, свързана с разширяването, има минимален индикатор за химически трансформации. Топлината, отделена при трансформацията на един компонент в друго вещество, може да бъде голяма.
Ако разгледаме различни трансформации, за почти всички има поглъщане или освобождаване на определено количество топлина. За обяснение на възникващите явления е създаден специален раздел - термохимия.
Закон на Хес
Благодарение на първия закон на термодинамиката стана възможно да се изчисли топлинният ефект в зависимост от условията на химическа реакция. Изчисленията се основават на основния закон на термохимията, а именно закона на Хес. Ние даваме неговата формулировка: топлинният ефект на химическа трансформациясвързано с природата, началното и крайното състояние на материята, не е свързано с начина, по който се осъществява взаимодействието.
Какво следва от тази формулировка? В случай на получаване на определен продукт, не е необходимо да се използва само една опция за взаимодействие, възможно е реакцията да се извърши по различни начини. Във всеки случай, без значение как получавате желаното вещество, топлинният ефект от процеса ще бъде на същата стойност. За да се определи, е необходимо да се сумират топлинните ефекти на всички междинни трансформации. Благодарение на закона на Хес стана възможно да се извършват изчисления на числени показатели на топлинните ефекти, което е невъзможно да се извърши в калориметър. Например, количествено топлината на образуване на веществото въглероден оксид се изчислява според закона на Хес, но няма да можете да я определите чрез обикновени експерименти. Ето защо специални термохимични таблици са толкова важни, в които се въвеждат числови стойности за различни вещества, определени при стандартни условия
Важни точки в изчисленията
Като се има предвид, че топлината на образуване е топлинният ефект на реакцията, състоянието на агрегиране на въпросното вещество е от особено значение. Например, когато правите измервания, е обичайно да се счита графит, а не диамант, като стандартно състояние на въглерода. Отчитат се също налягането и температурата, тоест условията, в които първоначално са били разположени реагиращите компоненти. Тези физически величини могат да окажат значително влияние върху взаимодействието, да увеличат или намалят енергийната стойност. За основни изчисления,термохимия, обичайно е да се използват специфични индикатори за налягане и температура.
Стандартни условия
Тъй като топлината на образуване на веществото е определянето на големината на енергийния ефект при стандартни условия, ние ще ги отделим отделно. Температурата за изчисления е избрана 298 К (25 градуса по Целзий), налягане - 1 атмосфера. В допълнение, важен момент, на който си струва да се обърне внимание, е фактът, че топлината на образуване за всякакви прости вещества е нула. Това е логично, тъй като простите вещества не се образуват сами, тоест няма изразходване на енергия за тяхното образуване.
Елементи на термохимията
Този раздел от съвременната химия е от особено значение, тъй като именно тук се извършват важни изчисления, получават се конкретни резултати, които се използват в топлоенергетиката. В термохимията има много понятия и термини, които са важни за работа, за да се получат желаните резултати. Енталпията (ΔH) показва, че химичното взаимодействие е протекло в затворена система, няма влияние върху реакцията от други реагенти, налягането е постоянно. Това уточнение ни позволява да говорим за точността на извършените изчисления.
В зависимост от това какъв вид реакция се разглежда, величината и знакът на получения топлинен ефект може да се различават значително. Така че, за всички трансформации, включващи разлагането на едно сложно вещество на няколко по-прости компонента, се приема абсорбция на топлина. Реакциите на комбиниране на много изходни вещества в един, по-сложен продукт са придружени отосвобождаване на значително количество енергия.
Заключение
При решаване на термохимичен проблем се използва същият алгоритъм на действия. Първо, според таблицата, за всеки първоначален компонент, както и за продуктите на реакцията, се определя стойността на топлината на образуване, без да се забравя агрегатното състояние. Освен това, въоръжени със закона на Хес, те съставят уравнение, за да определят желаната стойност.
Трябва да се обърне специално внимание на отчитането на стереохимичните коефициенти, които съществуват пред началните или крайните вещества в определено уравнение. Ако в реакцията има прости вещества, тогава техните стандартни топлина на образуване са равни на нула, тоест такива компоненти не влияят на резултата, получен при изчисленията. Нека се опитаме да използваме получената информация за конкретна реакция. Ако вземем за пример процеса на образуване на чист метал от железен оксид (Fe3+) чрез взаимодействие с графит, тогава в справочника можете да намерите стойностите от стандартната топлина на образуване. За железен оксид (Fe3+) ще бъде –822,1 kJ/mol, за графит (просто вещество) е равно на нула. В резултат на реакцията се образува въглероден оксид (CO), за който този индикатор има стойност 110,5 kJ / mol, а за освободеното желязо топлината на образуване съответства на нула. Записът на стандартната топлина на образуване на дадено химично взаимодействие се характеризира по следния начин:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Анализиранеот числения резултат, получен съгласно закона на Хес, можем да направим логично заключение, че този процес е ендотермична трансформация, тоест включва изразходване на енергия за реакцията на редукция на желязо от неговия тривалентен оксид.
