Chemická termodynamika
7. a) Chemická termodynamika
(stavové veličiny, termochemické zákony, výpočet příkladu)
- chemická termodynamika se zabývá tepelnými jevy při chemických reakcích. Teplo, které se při reakci uvolní či spotřebuje, závisí na druhu reaktantů a produktů a na množství a skupenství reagujících látek.
- Reakční teplo:
o MOLÁRNÍ REAKČNÍ TEPLO Qm je veličina udávající teplo, které systém při reakci přijme (od okolí), pokud se daná chemická reakce uskuteční v rozsahu 1 mol základních reakčních přeměn, tzn. že chemické reakce se účastní takové látkové množství reaktantů, které odpovídá jejich stechiometrickým koeficientům.
§ probíhá-li reakce za konstantního objemu (děj izochronický), pak se Qm rovná zvážení vnitřní energie soustavy ΔU (platí, že teplo dodané soustavě při konstantním objemu soustavy se spotřebuje na zvýšení její vnitřní energie)
§ probíhá-li reakce za konstantního tlaku (děj izobarický), pak se Qm rovná zvýšení entalpie soustavy ΔH(platí, že teplo dodané soustavě při konstantním tlaku soustavy se spotřebuje na zvýšení její entalpie)
- Chemická rovnice obsahující údaje o reakčním teple a vyznačená skupenství všech reakčních složek se nazývají ROVNICE TERMOCHEMICKÉ, např.
CO2 (g) + H2 (g) -> CO (g) + H2O (g) ΔH° = 41, 2 kJ ·mol -1
o v tabulkách jsou standardní reakční tepla ΔH°, to jsou reakční tepla reakcí probíhajících za standardních podmínek, tzn. za standardní teploty a tlaku (T = 298, 15 K, p = 101, 325 kPa)
- Typy reakcí podle tepelné bilance:
o EXOTERMICKÉ REAKCE (exotermní) – během reakce se teplo uvolňuje, tzn. energie reaktantů je vyšší než energie produktů (např. hoření,neutralizace, buněčné dýchání). Např.
2 H2 (g) + O2 (g) -> 2 H2O (g) ΔH° = -457 kJ ·mol -1
o ENDOTERMICKÉ REAKCE (endotermní) – během reakce se teplo spotřebovává (musí se do soustavy dodávat), tzn. energie reaktantů je nižší než energie produktů (např. tepelný rozklad uhličitanu vápenatého, fotosyntéza)
2 H2O (g) -> 2 H2 (g) + O2 (g) ΔH° = 457 kJ ·mol -1
- TERMOCHEMICKÉ ZÁKONY:
o PRVNÍ TERMOCHEMICKÝ ZÁKON: Hodnota reakčního tepla přímé a zpětné reakce je stejná, liší se pouze znaménkem.
CO (g) + H2O (g) -> CO2 (g) + H2 (g) ΔH° = - 41,2 kJ ·mol -1
CO (g) + H2O(g) -> CO2 (g) + H2O (g) ΔH° = -41,2 kJ ·mol -1
o DRUHÝ TERMOCHEMICKÝ ZÁKON: Celkový tepelný efekt chemické reakce je stejný pro všechny cesty od výchozích látek k produktům, neboli celkové reakční teplo reakce nezávisí na průběhu reakce, ale jen na počátečním a konečném stavu.
Sn (s) + 2 Cl2 (g) -> SnCl4 (l) ΔH° = - 544, 6 kJ ·mol -1
Sn (s) + Cl2 (g) -> SnCl2 (s) ΔH° = - 394, 4 kJ ·mol -1 = -544, 6 kJ ·mol -1
SnCl2 (s) + Cl2 (g) -> SnCl4 (l) ΔH° = 196, 2 kJ ·mol -1
- Výpočet reakčního tepla z tabelovaných hodnot
o Hodnoty reakčních tepel se dají spočítat z hodnot slučovacích a spalných tepel, které jsou v tabulkách.
o STANDARDNÍ SLUČOVACÍ TEPLO sloučeniny je reakční teplo reakce, při které z prvků ve standardním stavu vznikne 1 mol sloučeniny ve standardním stavu.
o STANDARDNÍ SPALNÉ TEPLO sloučeniny je reakční teplo reakce, při které 1 mol sloučeniny ve standardním stavu zoxiduje na konečný oxidační produkt
o reakční teplo reakce můžeme spočítat jako rozdíl součtu slučovacích tepel reakčních produktů a součtu slučovacích tepel výchozích látek:
ΔH° = 
o reakční teplo reakce můžeme spočítat jako rozdíl součtu spalných tepel reakčních výchozích látek a součtu spalných tepel produktů:
ΔH°
=
Statistika