ELEMENTY TERMODYNAMIKI –

I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia

TERMODYNAMIKA – zajmuje się badaniem przemian energii z
jednej postaci w inną, a w szczególności przemianą ciepła w pracę i
przemianą odwrotną

- efekty energetyczne reakcji chemicznych
- dążenie układów do osiągania stanu równowagi
- analiza składu mieszanin równowagowych
- przebieg reakcji w ogniwie elektrochemicznym

ENERGIA – jest zdolnością do wykonywania „pracy”


PRAWO ZACHOWANIA ENERGII – energii nie można
wytworzyć ani jej zniszczyć (znaczenie fundamentalne – większości
reakcji chemicznych towarzyszy wydzielenie lub pobranie energii, w
trakcie dokonuje się jedynie przemiana jednej formy energii w inną a
nie jej powstawanie bądź zanik)


UKŁAD – ta część przyrody, której zachowanie badamy
OTOCZENIE – ta część przyrody w której dokonujemy obserwacji

TYPY UKŁADÓW

OTWARTY ZAMKNIĘTY IZOLOWANY

materia

+

materia

-

materia

-

energia

+

energia

+

energia

-

ELEMENTY TERMODYNAMIKI –

I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia

ENERGIA

PRACA

CIEPŁO

(przeniesienie energii w (przeniesienie energii
taki sposób, że może być użyta następujące w wyniku istnienia
do podniesienia w otoczeniu różnicy temperatur układu
ciężaru na pewną wysokość) i otoczenia)

EFEKT ENERGETYCZNY PROCESÓW CHEMICZNYCH

ENERGIA WEWNĘTRZNA – (układ zamknięty) – funkcja stanu, której
różnica wartości przy przejściu między dwoma stanami równa jest energii
wymienionej z otoczeniem podczas tego przejścia (U - molowa; u - całkowita)

FUNKCJE STANU – nazywamy nimi wielkości termodynamiczne
jednoznacznie określone przez stan układu, tym samym niezależnym od drogi
jaką stan ten został osiągnięty

∆u = q + w (w – praca, q – ciepło)

ENDOTERMICZNY

UKŁAD

EGZOTERMICZNY

ELEMENTY TERMODYNAMIKI –

I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia

I ZASADA TERMODYNAMIKI (H.Helmholz – 1847)

Jeśli w układzie izolowanym znika jeden rodzaj energii, to

równocześnie musi powstawać drugi w ilości

ściśle równoważnej-

CAŁKOWITA ENERGIA UKŁADU IZOLOWANEGO

JEST STAŁA

Większość reakcji z którymi spotykają się chemicy przebiega w otwartych
naczyniach, pod stałym ciśnieniem atmosferycznym, nie zaś w warunkach
stałej objętości, w masywnych zamkniętych zbiornikach.

Komplikacją, jaką stanowi konieczność uwzględnienia w bilansie energii
reakcji pracy objętościowej, można uniknąć wprowadzając wielkość, której
zmiana wywołana procesem zachodzącym pod stałym ciśnieniem jest równa
ciepłu wymienionemu przez układ z otoczeniem

ENTALPIA - funkcja stanu, zmiana entalpii (ciepło reakcji chemicznej nie
zależy od drogi syntezy (wieloetapowej), jeśli tylko wszystkie etapy zachodzą
izobarycznie

∆H=q pod stałym ciśnieniem

Prawo HESSA:

Standardowa entalpia reakcji jest równa sumie

standardowych entalpii reakcji, na jakie można rozłożyć daną reakcję.

Standardowa entalpia tworzenia: standardowa entalpia reakcji, w której 1
mol danej substancji tworzy się z pierwiastków w ich stanach podstawowych
(sytuacja, w której pierwiastek występuje w najtrwalszej odmianie w danych
warunkach)

Standardowa entalpia reakcji jest równa sumie standardowych entalpii
tworzenia produktów i substratów, w której każdy wyraz jest pomnożony przez
współczynnik stechiometryczny odpowiedniego reagenta (dodatni dla
produktu, a ujemny dla substratu)

ELEMENTY TERMODYNAMIKI –

I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, entalpia

PRZYKŁAD 1

Obliczyć

∆H reakcji izomeryzacji:

CH

3

-O-CH

3(g)

= C

2

H

5

OH

(c)

mając do dyspozycji następujące dane (T =

289K)
∆H

tw

(C

2

H

5

OH

(c)

) = -276 KJ/mol

∆H

tw

(H

2

O

(c)

) = -284 KJ/mol

∆H

tw

(CO

2(g)

) = -393 KJ/mol

∆H

sp

(CH

3

-O-CH

3(g)

) = -1460 KJ/mol

CH

3

-O-CH

3

+ 3O

2

= 2CO

2

+ 3H

2

O

(c)

∆H

1

= -1460 KJ/mol

2C+3H

2

+ ½ O

2

= C

2

H

2

OH

(c)

∆H

2

= -284 KJ/mol

2CO

2

= 2C + 2O

2

∆H

3

= 2*393 KJ/mol

3H

2

O

(c)

= 3H

2

+ 3/2 O

2

∆H

4

= 3*284 KJ/mol

Dodanie czterech reakcji daje CH

3

-O-CH

3(g)

= C

2

H

5

OH

(c)

∆H

x

=

∆H

1

+

∆H

2

+

∆H

3

+

∆H

4

∆H

x

= -1460 –284 +2*393 +3*284 = -106 KJ