Keemilise reaktsiooni termiline efekt (entalpia). Keemiliste reaktsioonide termilised mõjud

I. Põlemine ja aeglane oksüdatsioon

Põlemine on esimene keemiline reaktsioon, millega inimene tutvus. Tuli... Kas on võimalik ette kujutada meie olemasolu ilma tuleta? Ta sisenes meie ellu ja muutus sellest lahutamatuks. Ilma tuleta ei saa inimene süüa ega terast valmistada, ilma selleta on transport võimatu. Tulest on saanud meie sõber ja liitlane, hiilgavate tegude ja heade tegude sümbol ning mälestus minevikust.

Au mälestusmärk Sõktyvkaris

Leegil, tulel kui põlemisreaktsiooni ühel ilmingul on ka oma monumentaalne peegeldus. Ilmekas näide - au mälestusmärk Sõktõvkaris.

Kord nelja aasta jooksul toimub maailmas sündmus, millega kaasneb "elava" tule ülekandumine. Austuse märgiks olümpiamängude asutajate vastu tuuakse tuli kohale Kreekast. Traditsiooni kohaselt viib selle tõrviku olümpiamängude peaareenile üks silmapaistvamaid sportlasi.

Tulest räägitakse muinasjutte ja legende. Vanasti arvati, et tules elavad väikesed sisalikud – tulevaimud. Ja oli neid, kes pidasid tuld jumaluseks ja ehitasid selle auks templeid. Nendes templites põlesid sadu aastaid tulejumalale pühendatud lambid ilma kustumata. Tule kummardamine oli inimeste teadmatuse tagajärg põlemisprotsessist.

Olümpiatuli

M.V. Lomonosov ütles: "Tule olemust pole mingil juhul võimatu uurida ilma keemiata."

Põlemine - oksüdatsioonireaktsioon, mis toimub üsna suurel kiirusel, millega kaasneb soojuse ja valguse eraldumine.

Skemaatiliselt saab seda oksüdatsiooniprotsessi väljendada järgmisel viisil:

Reaktsioone, mis tekivad soojuse eraldumisel, nimetatakse eksotermiline(kreeka keelest "exo" - välja).

Põlemisel toimub intensiivne oksüdeerumine, põlemisprotsessi käigus tekib tuli, seetõttu toimub selline oksüdatsioon väga kiiresti. Kui Kas reaktsioonikiirus on piisavalt kiire? Võib juhtuda plahvatus. Nii plahvatavad tuleohtlike ainete segud õhu või hapnikuga. Kahjuks on teada õhu ja metaani, vesiniku, bensiiniauru, eetri, jahu ja suhkrutolmu jne segude plahvatusjuhtumeid, mis põhjustavad hävingut ja isegi inimohvreid.

Põlemiseks on vaja:

• tuleohtlik aine
• oksüdeeriv aine (hapnik)
• küte tuleohtlik aine kuni süttimistemperatuurini

Iga aine süttimistemperatuur on erinev.

Kui eetrit saab süüdata kuuma traadi abil, siis puidu süütamiseks tuleb seda kuumutada mitmesaja kraadini. Ainete süttimistemperatuur on erinev. Väävel ja puit süttivad umbes 270 °C juures, kivisüsi umbes 350 °C ja valge fosfor umbes 40 °C juures.

Kuid kogu oksüdatsiooniga ei pea tingimata kaasnema valguse ilmumine.

On märkimisväärne hulk oksüdatsioonijuhtumeid, mida me ei saa nimetada põlemisprotsessideks, sest need toimuvad nii aeglaselt, et jäävad meie meeltele nähtamatuks. Alles pärast teatud, sageli väga pika aja möödumist saame tuvastada oksüdatsiooniprodukte. Nii on see näiteks metallide väga aeglase oksüdeerumise (roostetamise) puhul

või lagunemisprotsesside ajal.

Muidugi eraldub aeglase oksüdatsiooni käigus soojust, kuid see vabanemine toimub protsessi kestuse tõttu aeglaselt. Kuid sellel, kas puutükk põleb kiiresti või oksüdeerub õhus aeglaselt paljude aastate jooksul, pole vahet – mõlemal juhul eraldub sama palju soojust.

Aeglane oksüdatsioon on ainete aeglase interaktsiooni protsess hapnikuga koos aeglase soojuse (energia) vabanemisega.

Näited ainete vastasmõjust hapnikuga ilma valgust eraldamata: sõnniku, lehtede mädanemine, õli rääsumine, metallide oksüdeerumine (pikaajalisel kasutamisel muutuvad raua pihustid õhemaks ja väiksemaks), aeroobsete olendite hingamisega, st hapniku hingamisega kaasneb soojuse eraldumine, süsihappegaasi teke ja vesi.

Tutvume tabelis toodud põlemis- ja aeglaste oksüdatsiooniprotsesside omadustega.

Põlemise ja aeglaste oksüdatsiooniprotsesside tunnused

IN järeldus : põlemis- ja aeglased oksüdatsioonireaktsioonid on eksotermilised reaktsioonid, mis erinevad nende protsesside toimumise kiiruse poolest.

II. Keemilise reaktsiooni termiline mõju.

Iga aine salvestab teatud koguse energiat. Me puutume selle ainete omadusega kokku juba hommiku-, lõuna- või õhtusöögi ajal, kuna toit võimaldab meie kehal kasutada paljude erinevate ainete energiat. keemilised ühendid sisalduvad toidus. Kehas muundub see energia liikumiseks, tööks ning seda kasutatakse püsiva (ja üsna kõrge!) kehatemperatuuri hoidmiseks.

Iga keemilise reaktsiooniga kaasneb energia vabanemine või neeldumine. Kõige sagedamini vabaneb või neeldub energia soojuse kujul (harvemini valguse või mehaanilise energia kujul). Seda soojust saab mõõta. Mõõtmistulemus väljendatakse kilodžaulides (kJ) ühe MOLI reagendi või (harvemini) ühe mooli reaktsioonisaaduse kohta. Vabanenud või neeldunud soojushulk, kui keemiline reaktsioon, kutsus reaktsiooni termiline efekt (Q) . Näiteks saab vesiniku põlemisreaktsiooni termilist efekti hapnikus väljendada mis tahes kahe võrrandiga:

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ

2 H2 (g) + O 2 (g) = 2 H2O (l) + Q

Seda reaktsioonivõrrandit nimetataksetermokeemiline võrrand. Siin on sümbol "+ K" tähendab, et vesiniku põletamisel eraldub soojust. Seda soojust nimetatakse reaktsiooni termiline efekt. Termokeemilised võrrandid näitavad sageli ainete agregatiivseid olekuid.

Reaktsioone, mis tekivad koos energia vabanemisega, nimetatakse EKSOTERMAALIKS(ladina keelest "exo" - välja). Näiteks metaani põletamine:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q

Reaktsioone, mis tekivad energia neeldumisel, nimetatakse ENDTERMILISTEKS(ladina keelest "endo" - sees). Näitena võib tuua süsinikmonooksiidi (II) CO ja vesiniku H2 moodustumise kivisöest ja veest, mis toimub ainult kuumutamisel.

C + H 2 O = CO + H 2 – Q

Termilised mõjud keemilisi reaktsioone on vaja paljude tehniliste arvutuste jaoks.

Keemiliste reaktsioonide soojusefekte on vaja paljude tehniliste arvutuste jaoks. Kujutage end hetkeks ette võimsa raketi disainerina, mis on võimeline orbiidile lendama kosmoselaevad ja muud kasulikud koormused (joon.).

Riis. Maailma võimsaim Vene rakett Energia enne starti Baikonuri kosmodroomil. Selle ühe etapi mootorid töötavad veeldatud gaasidel - vesinikul ja hapnikul.

Oletame, et teate tööd (kJ), mis tuleb kulutada raketi koos lastiga Maa pinnalt orbiidile toimetamiseks; teate ka töid õhutakistuse ja muude energiakulude ületamiseks lennu ajal. Kuidas arvutada vajalikku vesiniku ja hapniku varu, mida (vedeldatud olekus) selles raketis kütusena ja oksüdeerijana kasutatakse?

Ilma vesinikust ja hapnikust vee moodustumise reaktsiooni termilise efektita on seda raske teha. Lõppude lõpuks on soojusefekt just see energia, mis peaks raketi orbiidile viima. Raketi põlemiskambrites muundatakse see soojus kuuma gaasi (auru) molekulide kineetiliseks energiaks, mis väljub düüsidest ja tekitab joa tõukejõu.

IN keemiatööstus soojusefekte on vaja, et arvutada soojushulk reaktorite soojendamiseks, milles toimuvad endotermilised reaktsioonid. Energeetikasektoris arvutatakse soojusenergia tootmist kütuse põlemissoojuse järgi.

Dietoloogid kasutavad toidu oksüdatsiooni termilisi mõjusid kehas, et luua õigeid dieete mitte ainult patsientidele, vaid ka tervetele inimestele – sportlastele, erinevate elukutsete töötajatele. Traditsiooniliselt ei kasutata siin arvutustes mitte džaule, vaid muid energiaühikuid – kaloreid (1 cal = 4,1868 J). Toidu energiasisalduse all mõeldakse mis tahes toiduainete massi: 1 g, 100 g või isegi toote standardpakendit. Näiteks kondenspiimapurgi sildilt võib lugeda järgmist kirja: “kalorisisaldus 320 kcal/100 g”.

№2. Pusle "Mittekorduvad tähed".

Selle mõistatuse lahendamiseks vaadake hoolikalt iga rida. Valige tähed, mida kunagi ei korrata. Kui teete seda õigesti, saate nende tähtede abil luua vanasõna tule käitlemise reeglite kohta.

LISAKS:

Sissejuhatus

Keemiliste reaktsioonide termilised mõjud on vajalikud paljude tehniliste arvutuste jaoks. Need leiavad laialdast rakendust paljudes tööstusharudes, aga ka sõjalistes arengutes.

Selle eesmärk kursusetöö on soojusefekti praktilise rakendamise uurimine. Vaatleme mõningaid selle kasutamise võimalusi ja selgitame välja, kui oluline on kasutada keemiliste reaktsioonide termilisi mõjusid kaasaegsete tehnoloogiate arendamise kontekstis.

Keemilise reaktsiooni termiline mõju

Iga aine salvestab teatud koguse energiat. Seda ainete omadust kohtame juba hommiku-, lõuna- või õhtusöögi ajal, kuna toit võimaldab meie kehal kasutada paljude toidus sisalduvate keemiliste ühendite energiat. Kehas muundub see energia liikumiseks, tööks ning seda kasutatakse püsiva (ja üsna kõrge!) kehatemperatuuri hoidmiseks.

Üks kuulsamaid termokeemia alal tegutsevaid teadlasi on Berthelot. Berthelot - keemiaprofessor Pariisi Kõrgemas Farmaatsiakoolis (1859). haridus- ja välisminister.

Alates 1865. aastast osales Berthelot aktiivselt termokeemias ja viis läbi ulatuslikke kalorimeetrilisi uuringuid, mis viisid eelkõige „kalorimeetrilise pommi” (1881) leiutamiseni; talle kuuluvad mõisted "eksotermilised" ja "endotermilised" reaktsioonid. Berthelot sai ulatuslikke andmeid tohutu hulga reaktsioonide termiliste mõjude, paljude ainete lagunemis- ja moodustumise kuumuse kohta.

Berthelot uuris lõhkeainete mõju: plahvatustemperatuuri, põlemiskiirust ja lööklaine levikut jne.

Keemiliste ühendite energia on koondunud peamiselt keemilistesse sidemetesse. Kahe aatomi vahelise sideme katkestamiseks kulub energiat. Keemilise sideme moodustumisel vabaneb energia.

Iga keemiline reaktsioon seisneb mõne keemilise sideme purunemises ja teiste moodustamises.

Kui uute sidemete moodustumisel eraldub keemilise reaktsiooni tulemusena rohkem energiat, kui kulus lähteainetes olevate “vanade” sidemete hävitamiseks, vabaneb üleliigne energia soojuse kujul. Näiteks on põlemisreaktsioonid. Näiteks maagaas (metaan CH 4) põleb õhus hapnikus, vabastades suur kogus soojus (joon. 1a). Sellised reaktsioonid on eksotermilised.

Soojuse vabanemisega tekkivad reaktsioonid avaldavad positiivset termilist efekti (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.

Muudel juhtudel nõuab algsete ainete sidemete hävitamine rohkem energiat, kui uute sidemete moodustumisel vabaneda suudetakse. Sellised reaktsioonid toimuvad ainult siis, kui energiat tarnitakse väljastpoolt ja neid nimetatakse endotermilisteks.

Reaktsioonid, mis tekivad soojuse neeldumisel keskkonnast (Q<0, DH>0), st. negatiivse termilise efektiga on endotermilised.

Näitena võib tuua süsinikmonooksiidi (II) CO ja vesiniku H2 moodustumise kivisöest ja veest, mis toimub ainult kuumutamisel (joonis 1b).

Riis. 1a,b. Keemiliste reaktsioonide kujutamine molekulaarmudelite abil: a) eksotermiline reaktsioon, b) endotermiline reaktsioon. Mudelid näitavad selgelt, kuidas nende vahel on konstantne arv aatomeid, vanad hävivad ja uued ilmuvad keemilised sidemed.

Seega kaasneb iga keemilise reaktsiooniga energia vabanemine või neeldumine. Kõige sagedamini vabaneb või neeldub energia soojuse kujul (harvemini valguse või mehaanilise energia kujul). Seda soojust saab mõõta. Mõõtmistulemus väljendatakse kilodžaulides (kJ) ühe mooli reagendi või (harvemini) ühe mooli reaktsioonisaaduse kohta. Seda suurust nimetatakse reaktsiooni termiliseks efektiks.

Soojusefekt on soojushulk, mille keemiline süsteem eraldub või neelab, kui selles toimub keemiline reaktsioon.

Soojusefekti tähistatakse sümbolitega Q või DH (Q = -DH). Selle väärtus vastab reaktsiooni alg- ja lõppseisundi energiate erinevusele:

DH = Hfin. - Nish. = Efin. - Eout.

Ikoonid (d), (g) näitavad ainete gaasilist ja vedelat olekut. Samuti on tähistused (tv) või (k) - tahke, kristalne aine, (aq) - vees lahustunud aine jne.

Oluline on aine agregatsiooni oleku määramine. Näiteks vesiniku põlemisreaktsioonis tekib vesi algselt auruna (gaasiline olek), mille kondenseerumisel võib vabaneda rohkem energiat. Järelikult on vedeliku kujul vee moodustumisel reaktsiooni mõõdetud termiline efekt veidi suurem kui ainult auru moodustumisel, kuna auru kondenseerumisel eraldub veel üks osa soojust.

Kasutatakse ka reaktsiooni termilise efekti erijuhtu – põlemissoojust. Nimest endast selgub, et põlemissoojus iseloomustab kütusena kasutatavat ainet. Põlemissoojus on 1 mooli aine, mis on kütus (oksüdatsioonireaktsiooni redutseerija), näiteks:

Molekulidesse salvestatud energia (E) saab joonistada energiaskaalal. Sel juhul saab reaktsiooni termilist efekti ( E) näidata graafiliselt (joonis 2).

Riis. 2. Soojusefekti graafiline esitus (Q =  E): a) vesiniku põlemise eksotermiline reaktsioon; b) vee lagunemise endotermiline reaktsioon elektrivoolu mõjul. Reaktsiooni koordinaati (graafiku horisontaaltelge) võib pidada näiteks ainete konversiooniastmeks (100% on lähteainete täielik konversioon).

Keemilise reaktsiooni võrrandid

Keemiliste reaktsioonide võrrandeid, milles reaktsiooni termiline efekt on kirjas koos reaktiivide ja saadustega, nimetatakse termokeemilisteks võrranditeks.

Termokeemiliste võrrandite eripära on see, et nendega töötades saate ainete valemeid ja soojusmõjude suurust võrrandi ühest osast teise üle kanda. Tavaliste keemiliste reaktsioonide võrranditega seda reeglina teha ei saa.

Lubatud on ka termokeemiliste võrrandite liitmine ja lahutamine terminite kaupa. See võib olla vajalik selliste reaktsioonide termiliste mõjude määramiseks, mida on raske või võimatu katseliselt mõõta.

Toome näite. Laboratooriumis on äärmiselt raske läbi viia "puhtal kujul" reaktsiooni CH4 metaani tootmiseks süsiniku ja vesiniku otsesel kombineerimisel:

C + 2H2 = CH4

Kuid arvutuste abil saate selle reaktsiooni kohta palju õppida. Näiteks uurige, kas see reaktsioon on ekso- või endotermiline, ja arvutage isegi kvantitatiivselt termilise efekti suurus.

Metaani, süsiniku ja vesiniku põlemisreaktsioonide termilised mõjud on teada (need reaktsioonid toimuvad kergesti):

a) CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (l) + 890 kJ

b) C(tv) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

c) 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 kJ

Lahutame võrrandist (a) kaks viimast võrrandit (b) ja (c). Me lahutame võrrandite vasakpoolsed küljed vasakult ja paremad küljed paremalt. Sel juhul tõmbuvad kõik molekulid O 2, CO 2 ja H 2 O kokku. Saame:

CH4 (g) - C (tv) - 2H2 (g) = (890 - 394 - 572) kJ = -76 kJ

See võrrand tundub mõnevõrra ebatavaline. Korrutame võrrandi mõlemad pooled (-1) ja liigutame CH 4 vastupidise märgiga paremale poole. Saame võrrandi, mida vajame söest ja vesinikust metaani moodustamiseks:

C(tv) + 2H2 (g) = CH4 (g) + 76 kJ/mol

Niisiis näitasid meie arvutused, et süsinikust ja vesinikust metaani moodustumise termiline efekt on 76 kJ (mooli metaani kohta) ja see protsess peab olema eksotermiline (selles reaktsioonis eraldub energiat).

Oluline on pöörata tähelepanu asjaolule, et termokeemilistes võrrandites saab termini haaval liita, lahutada ja taandada ainult identses agregatsiooniseisundis aineid, vastasel juhul teeme soojuse väärtuse termilise mõju määramisel vea. üleminek ühest agregatsiooniseisundist teise.

Termokeemia põhiseadused

Keemia haru, mis uurib energia muundumist keemilistes reaktsioonides, nimetatakse termokeemiaks.

Termokeemias on kaks kõige olulisemat seadust. Esimene neist, Lavoisier-Laplace'i seadus, on sõnastatud järgmiselt:

Edasisuunalise reaktsiooni soojusefekt on alati võrdne vastupidise märgiga pöördreaktsiooni termilise efektiga.

See tähendab, et mis tahes ühendi moodustumisel vabaneb (imendub) sama palju energiat, kui neeldub (eraldub) selle lagunemisel algaineteks. Näiteks:

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 kJ (vesiniku põlemine hapnikus)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2H 2 (g) + O 2 (g) (vee lagunemine elektrivoolu toimel)

Lavoisier-Laplace'i seadus on energia jäävuse seaduse tagajärg.

Teise termokeemia seaduse sõnastas 1840. aastal vene akadeemik G. I. Hess:

Reaktsiooni termiline efekt sõltub ainult ainete alg- ja lõppolekust ning ei sõltu protsessi vaheetappidest.

See tähendab, et järjestikuste reaktsioonide seeria kogutermiline efekt on sama, mis mis tahes muu reaktsiooniseeria oma, kui lähte- ja lõppained on nende seeriate alguses ja lõpus samad. Need kaks termokeemia põhiseadust annavad termokeemilistele võrranditele teatud sarnasuse matemaatilistega, kui reaktsioonivõrrandites on võimalik termineid ühest osast teise üle kanda, keemiliste ühendite valemeid termini haaval liita, lahutada ja taandada. Sel juhul on vaja arvestada reaktsioonivõrrandite koefitsiente ja mitte unustada, et moolide võrra lisatavad, lahutatavad või taandatavad ained peavad olema samas agregatsiooniseisundis.

Soojusefekti rakendamine praktikas

Keemiliste reaktsioonide soojusefekte on vaja paljude tehniliste arvutuste jaoks. Mõelgem näiteks võimsale Vene Energia raketile, mis on võimeline orbiidile saatma kosmoselaevu ja muid kasulikke koormaid. Selle ühe etapi mootorid töötavad veeldatud gaasidel - vesinikul ja hapnikul.

Oletame, et teame tööd (kJ), mis tuleb kulutada raketi koos lastiga Maa pinnalt orbiidile toimetamiseks, samuti teame töid õhutakistuse ja muude energiakulude ületamiseks lennu ajal. Kuidas arvutada vajalikku vesiniku ja hapniku varu, mida (vedeldatud olekus) selles raketis kütusena ja oksüdeerijana kasutatakse?

Ilma vesinikust ja hapnikust vee moodustumise reaktsiooni termilise efektita on seda raske teha. Lõppude lõpuks on soojusefekt just see energia, mis peaks raketi orbiidile viima. Raketi põlemiskambrites muundatakse see soojus kuuma gaasi (auru) molekulide kineetiliseks energiaks, mis väljub düüsidest ja tekitab joa tõukejõu.

Keemiatööstuses on soojusefekte vaja, et arvutada soojushulk reaktorite soojendamiseks, milles toimuvad endotermilised reaktsioonid. Energeetikasektoris arvutatakse soojusenergia tootmist kütuse põlemissoojuse järgi.

Dietoloogid kasutavad toidu oksüdatsiooni termilisi mõjusid kehas, et luua õigeid dieete mitte ainult patsientidele, vaid ka tervetele inimestele – sportlastele, erinevate elukutsete töötajatele. Traditsiooniliselt ei kasutata siin arvutustes mitte džaule, vaid muid energiaühikuid – kaloreid (1 cal = 4,1868 J). Toidu energiasisalduse all mõeldakse mis tahes toiduainete massi: 1 g, 100 g või isegi toote standardpakendit. Näiteks kondenspiimapurgi sildilt võib lugeda järgmist kirja: “kalorisisaldus 320 kcal/100 g”.

Termiline efekt arvutatakse monometüülaniliini tootmisel, mis kuulub asendatud aromaatsete amiinide klassi. Monometüülaniliini peamine kasutusala on bensiini dekoputusvastase lisandina. Värvainete tootmisel on võimalik kasutada monometüülaniliini. Kaubanduslik monometüülaniliin (N-metüülaniliin) eraldatakse katalüsaadist perioodilise või pideva rektifikatsiooni teel. Reaktsiooni termiline efekt ∆Н= -14±5 kJ/mol.

Kuumuskindlad katted

Kõrgtemperatuuri tehnoloogia areng tingib vajaduse luua eriti kuumakindlaid materjale. Seda probleemi saab lahendada tulekindlate ja kuumakindlate metallide kasutamisega. Intermetallilised pinnakatted tõmbavad üha enam tähelepanu, kuna neil on palju väärtuslikke omadusi: vastupidavus oksüdatsioonile, agressiivne sulamine, kuumakindlus jne. Huvitav on ka nende ühendite moodustumise märkimisväärne eksotermilisus nende koostisosadest. Reaktsiooni eksotermilisuse kasutamiseks metallidevaheliste ühendite moodustamiseks on kaks võimalust. Esimene on kahekihiliste komposiitpulbrite tootmine. Kuumutamisel interakteeruvad pulbri komponendid ning eksotermilise reaktsiooni kuumus kompenseerib osakeste jahtumist, jõudes kaitstud pinnale täielikult sulas olekus ja moodustades madala poorsusega katte, mis on kindlalt alusele kinnitunud. Teine võimalus oleks kasutada mehhaanilist pulbrite segu. Kui osakesed on piisavalt kuumutatud, interakteeruvad nad juba kattekihis. Kui soojusefekti suurus on märkimisväärne, võib see kaasa tuua kattekihi isesulamise, nakketugevust suurendava vahepealse difusioonikihi moodustumise ja tiheda, madala poorsusega kattestruktuuri. Valides kompositsiooni, mis moodustab suure termilise efektiga intermetallilise katte ja millel on palju väärtuslikke omadusi - korrosioonikindlus, piisav kuumakindlus ja kulumiskindlus, köidavad tähelepanu nikli aluminiidid, eriti NiAl ja Ni 3 Al. NiAl tekkega kaasneb maksimaalne termiline efekt.

Teemantide töötlemise termokeemiline meetod

"Termokeemiline" meetod sai oma nime tänu sellele, et see toimub kõrgel temperatuuril ja põhineb teemandi keemiliste omaduste kasutamisel. Meetod viiakse läbi järgmiselt: teemant viiakse kontakti süsinikku lahustava metalliga ning lahustumis- või töötlemisprotsessi pidevaks kulgemiseks viiakse see läbi gaasiatmosfääris, mis interakteerub süsinikus lahustunud süsinikuga. metallist, kuid ei reageeri otseselt teemandiga. Protsessi käigus omandab soojusefekti suurus kõrge väärtuse.

Teemandi termokeemilise töötlemise optimaalsete tingimuste määramiseks ja meetodi võimaluste väljaselgitamiseks oli vaja uurida teatud keemiliste protsesside mehhanisme, mida, nagu näitab kirjanduse analüüs, ei ole üldse uuritud. Teemandi termokeemilise töötlemise täpsemat uurimist takistas ennekõike ebapiisav teadmine teemandi enda omadustest. Nad kartsid seda kuumusega ära rikkuda. Teemantide termilise stabiilsuse uuringuid on tehtud alles viimastel aastakümnetel. On kindlaks tehtud, et teemante, mis ei sisalda inklusioone, saab kuumutada neutraalses atmosfääris või vaakumis temperatuurini 1850 “C” ilma neid kahjustamata ja ainult kõrgemal.

Teemant on parim teramaterjal tänu oma ainulaadsele kõvadusele, elastsusele ja vähesele hõõrdumisele bioloogilise koe vastu. Teemantnugadega töötamine hõlbustab operatsioone ja vähendab sisselõigete paranemisaega 2-3 korda. Silmade mikrokirurgia MNTK mikrokirurgide sõnul pole termokeemilisel meetodil teritatud noad mitte ainult mitte halvemad, vaid ka kvaliteedilt paremad kui parimad välismaised proovid. Termokeemiliselt teritatud nugadega on juba tehtud tuhandeid operatsioone. Erineva konfiguratsiooni ja suurusega teemantnoad saab kasutada ka teistes meditsiini ja bioloogia valdkondades. Seega kasutatakse mikrotoome elektronmikroskoopia preparaatide valmistamiseks. Elektronmikroskoobi kõrge eraldusvõime seab proovikehade lõike paksusele ja kvaliteedile erinõuded. Termokeemilise meetodiga teritatud teemantmikrotoomid võimaldavad toota vajaliku kvaliteediga lõike.

Tehnogeensed toorained tsemendi tootmiseks

Tsemenditootmise edasine intensiivistamine hõlmab erinevate tööstusharude jäätmeid kasutavate energia- ja ressursisäästlike tehnoloogiate laialdast kasutuselevõttu.

Skarn-magnetiitmaakide töötlemisel eraldub kuivmagnetseparatsiooni (DMS) aheraine, mis on kuni 25 mm terasuurusega killustik. SMS aheraine on üsna stabiilse keemilise koostisega, massiprotsenti:

SiO 2 40…45,

Al 2 O 3 10…12,

Fe 2 O 3 15…17,

CaO 12…13,

MgO 5…6,

Tõestatud on SMS aheraine kasutamise võimalus portlandtsemendi klinkri tootmisel. Saadud tsemente iseloomustavad kõrge tugevusomadused.

Klinkri moodustumise termiline efekt (TEC) on defineeritud endotermiliste protsesside (lubjakivi dekarboniseerumine, savimineraalide dehüdratsioon, vedela faasi moodustumine) ja eksotermiliste reaktsioonide (CMS aherainega sisestatud püriidi oksüdatsioon, moodustumine) soojuste algebraline summa. klinkrifaasidest).

Skarn-magnetiidi maagi rikastamisjäätmete kasutamise peamised eelised tsemendi tootmisel on:

Toorainebaasi laiendamine tänu tehisallikatele;

Looduslike toorainete säästmine, säilitades samal ajal tsemendi kvaliteedi;

Kütuse- ja energiakulude vähendamine klinkri põletamisel;

Võimalus toota madala energiatarbega aktiivseid madala aluselisi klinkereid;

Keskkonnaprobleemide lahendamine jäätmete ratsionaalse kõrvaldamise ja klinkripõletamise ajal atmosfääri eralduvate gaaside vähendamise kaudu.

Biosensorid

Biosensorid on immobiliseeritud ensüümidel põhinevad andurid. Need võimaldavad teil kiiresti ja tõhusalt analüüsida keerulisi mitmekomponendilisi ainete segusid. Praegu kasutatakse neid üha enam paljudes teadusharudes, tööstuses, põllumajanduses ja tervishoius. Automaatsete ensümaatiliste analüüsisüsteemide loomise aluseks olid viimased edusammud ensümoloogia ja insener-ensümoloogia vallas. Ensüümide ainulaadsed omadused - toime spetsiifilisus ja kõrge katalüütiline aktiivsus - aitavad kaasa selle analüüsimeetodi lihtsusele ja kõrgele tundlikkusele ning praeguseks tuntud ja uuritud ensüümide suur hulk võimaldab analüüsitavate ainete loetelu pidevalt laiendada.

Ensüümi mikrokalorimeetrilised andurid – kasutavad ensümaatilise reaktsiooni termilist efekti. See koosneb kahest kolonnist (mõõtmine ja kontroll), mis on täidetud immobiliseeritud ensüümiga kandjaga ja varustatud termistoridega. Kui analüüsitud proov lastakse läbi mõõtekolonni, toimub keemiline reaktsioon, millega kaasneb registreeritud soojusefekt. Seda tüüpi andur on huvitav oma mitmekülgsuse poolest.

Järeldus

Niisiis, analüüsides keemiliste reaktsioonide soojusefekti praktilist rakendamist, võime järeldada: termiline efekt on tihedalt seotud meie igapäevaeluga, seda uuritakse pidevalt ja leiab praktikas uusi rakendusi.

Kaasaegsete tehnoloogiate arenguga on soe efekt leidnud rakendust erinevates tööstusharudes. Keemia-, sõja-, ehitus-, toiduaine-, kaevandus- ja paljud teised tööstused kasutavad soojusefekti oma arendustes. Seda kasutatakse sisepõlemismootorites, külmutusseadmetes ja mitmesugustes põlemisseadmetes, aga ka kirurgiliste instrumentide, kuumakindlate katete, uut tüüpi ehitusmaterjalide jms tootmisel.

Pidevalt areneva teaduse kaasaegsetes tingimustes näeme tootmisvaldkonnas üha uusi arenguid ja avastusi. See toob kaasa üha uusi keemiliste reaktsioonide termilise efekti rakendusvaldkondi.

Tšernõh E.A.

Bibliograafia

Musabekov Yu. S., Marcelin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.

Patent 852586 Vene Föderatsioon. MKI V 28 D 5/00. Teemandi mõõtmete töötlemise meetod / A.P.Grigoriev, S.H.Lifshits, P.P.Shamaev (Vene Föderatsioon). - 2 s.

(Lehe ettevalmistamisel kasutati saidi materjalehttp://www.hemi.nsu.ru/ucheb211.htm )

Iga aine salvestab teatud koguse energiat. Seda ainete omadust kohtame juba hommiku-, lõuna- või õhtusöögi ajal, kuna toit võimaldab meie kehal kasutada paljude toidus sisalduvate keemiliste ühendite energiat. Kehas muundub see energia liikumiseks, tööks ning seda kasutatakse püsiva (ja üsna kõrge!) kehatemperatuuri hoidmiseks.

Keemiliste ühendite energia on koondunud peamiselt keemilistesse sidemetesse. Kahe aatomi vahelise sideme katkestamiseks on vaja energiat kulutada. Keemilise sideme moodustumisel vabaneb energia.

Aatomid ei saaks üksteisega ühendust, kui see ei tooks kaasa energia "kasutamist" (st vabanemist). See võimendus võib olla suur või väike, kuid see on kindlasti olemas, kui aatomitest moodustuvad molekulid.

Iga keemiline reaktsioon seisneb mõne keemilise sideme purunemises ja teiste moodustamises.

Kui uute sidemete moodustumisel eraldub keemilise reaktsiooni tulemusena rohkem energiat, kui kulus lähteainetes olevate “vanade” sidemete hävitamiseks, vabaneb üleliigne energia soojuse kujul. Näiteks on põlemisreaktsioonid. Näiteks maagaas (metaan CH 4) põleb õhus hapnikus, eraldades suurel hulgal soojust.

Reaktsioon võib toimuda isegi plahvatusega – selles transformatsioonis sisaldub nii palju energiat. Selliseid reaktsioone nimetatakse eksotermiline ladina keelest "exo" - väljapoole (tähendab vabanenud energiat).

Muudel juhtudel nõuab algsete ainete sidemete hävitamine rohkem energiat, kui uute sidemete moodustumisel vabaneda suudetakse. Sellised reaktsioonid toimuvad ainult siis, kui energiat tarnitakse väljastpoolt ja kutsutakse endotermiline (ladina keelest "endo" - sees). Näitena võib tuua süsinikmonooksiidi (II) CO ja vesiniku H2 moodustumise kivisöest ja veest, mis toimub ainult kuumutamisel.

Keemiliste reaktsioonide kujutamine molekulaarmudelite abil: a) eksotermiline reaktsioon, b) endotermiline reaktsioon. Mudelid näitavad selgelt, kuidas nende vahel püsiva arvu aatomite korral vanad keemilised sidemed hävivad ja uued keemilised sidemed tekivad.

Seega kaasneb iga keemilise reaktsiooniga energia vabanemine või neeldumine. Kõige sagedamini vabaneb või neeldub energia soojuse kujul (harvemini valguse või mehaanilise energia kujul). Seda soojust saab mõõta. Mõõtmistulemus väljendatakse kilodžaulides (kJ) ühe mooli reagendi või (harvemini) ühe mooli reaktsioonisaaduse kohta. Seda kogust nimetatakse reaktsiooni termiline efekt . Näiteks saab vesiniku põlemisreaktsiooni termilist efekti hapnikus väljendada mis tahes kahe võrrandiga:

Mõlemad võrrandid on võrdselt õiged ja mõlemad väljendavad vesinikust ja hapnikust vee moodustumise eksotermilise reaktsiooni termilist efekti. Esimene on 1 mooli kasutatud hapniku kohta ja teine ​​1 mooli põletatud vesiniku või 1 mooli moodustunud vee kohta.

Ikoonid (d), (g) näitavad ainete gaasilist ja vedelat olekut. Samuti on tähistused (tv) või (k) - tahke, kristalne aine, (aq) - vees lahustunud aine jne.

Oluline on aine agregatsiooni oleku määramine. Näiteks vesiniku põlemisreaktsioonis tekib vesi algselt auruna (gaasiline olek), mille kondenseerumisel võib vabaneda rohkem energiat. Järelikult on vedeliku kujul vee moodustumisel reaktsiooni mõõdetud termiline efekt veidi suurem kui ainult auru moodustumisel, kuna auru kondenseerumisel eraldub veel üks osa soojust.

Kasutatakse ka reaktsiooni termilise efekti erijuhtu - põlemissoojus. Nimest endast selgub, et põlemissoojus iseloomustab kütusena kasutatavat ainet. Põlemissoojus on 1 mooli aine, mis on kütus (oksüdatsioonireaktsiooni redutseerija), näiteks:

C 2 H 2 + 2,5 O 2 = 2 CO 2 + H 2 O + 1300 kJ

Atsetüleen atsetüleeni põlemissoojus

Molekulidesse salvestatud energia (E) saab joonistada energiaskaalal. Sel juhul saab reaktsiooni termilist efekti (ΔE) näidata graafiliselt.

Keemiliste reaktsioonide võrrandeid, milles reaktsiooni termiline efekt on kirjas koos reaktiivide ja saadustega, nimetatakse termokeemilised võrrandid .

Termokeemiliste võrrandite eripära on see, et nendega töötades saate ainete valemeid ja soojusmõjude suurust võrrandi ühest osast teise üle kanda. Tavaliste keemiliste reaktsioonide võrranditega seda reeglina teha ei saa.

Lubatud on ka termokeemiliste võrrandite liitmine ja lahutamine terminite kaupa. See võib olla vajalik selliste reaktsioonide termiliste mõjude määramiseks, mida on raske või võimatu katseliselt mõõta.

Toome näite. Laboris on äärmiselt raske läbi viia "puhtal kujul" CH4 metaani tootmise reaktsiooni süsiniku ja vesiniku otsesel kombineerimisel:

C + 2H2 = CH4

Kuid arvutuste abil saate selle reaktsiooni kohta palju õppida. Näiteks uurige, kas see reaktsioon on ekso- või endotermiline, ja arvutage isegi kvantitatiivselt termilise efekti suurus.

Metaani, süsiniku ja vesiniku põlemisreaktsioonide termilised mõjud on teada (need reaktsioonid toimuvad kergesti):

a) CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (l) + 890 kJ

b) C (tv) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

c) 2H 2 (g) + O2 (g) = 2H 2O (l) + 572 kJ

Lahutame võrrandist (a) kaks viimast võrrandit (b) ja (c). Me lahutame võrrandite vasakpoolsed küljed vasakult ja paremad küljed paremalt. Sel juhul tõmbuvad kõik molekulid O 2, CO 2 ja H 2 O kokku. Saame:

CH4 (g) - C (tv) - 2H2 (g) = (890 - 394 - 572) kJ = -76 kJ

See võrrand tundub mõnevõrra ebatavaline. Korrutame võrrandi mõlemad pooled (-1) ja liigutame CH 4 vastupidise märgiga paremale poole. Saame võrrandi, mida vajame söest ja vesinikust metaani moodustamiseks:

C (tv) + 2H 2 (g) = CH4 (g) + 76 kJ/mol

Niisiis näitasid meie arvutused, et süsinikust ja vesinikust metaani moodustumise termiline efekt on 76 kJ (mooli metaani kohta) ja see protsess peab olema eksotermiline (selles reaktsioonis eraldub energiat).

Oluline on pöörata tähelepanu asjaolule, et termokeemilistes võrrandites saab termini haaval liita, lahutada ja taandada ainult identses agregatsiooniseisundis aineid, vastasel juhul teeme soojuse väärtuse termilise mõju määramisel vea. üleminek ühest agregatsiooniseisundist teise.

Termokeemia põhiseadused

Keemia haru, mis uurib energia muundumist keemilistes reaktsioonides, nimetatakse termokeemia .

Termokeemias on kaks kõige olulisemat seadust. Esimene neist, seadus Lavoisier-Laplace , on sõnastatud järgmiselt:

Edasisuunalise reaktsiooni soojusefekt on alati võrdne vastupidise märgiga pöördreaktsiooni termilise efektiga.

See tähendab, et mis tahes ühendi moodustumisel vabaneb (imendub) sama palju energiat, kui neeldub (eraldub) selle lagunemisel algaineteks. Näiteks:

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 kJ (vesiniku põlemine hapnikus)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2H 2 (g) + O 2 (g) (vee lagunemine elektrivoolu toimel)

Lavoisier-Laplace'i seadus on energia jäävuse seaduse tagajärg.

Teise termokeemia seaduse sõnastas 1840. aastal vene akadeemik G. I. Gessom:

Reaktsiooni termiline efekt sõltub ainult ainete alg- ja lõppolekust ning ei sõltu protsessi vaheetappidest.

See tähendab, et järjestikuste reaktsioonide seeria kogutermiline efekt on sama, mis mis tahes muu reaktsiooniseeria oma, kui lähte- ja lõppained on nende seeriate alguses ja lõpus samad. Need kaks termokeemia põhiseadust annavad termokeemilistele võrranditele teatud sarnasuse matemaatilistega, kui reaktsioonivõrrandites on võimalik termineid ühest osast teise üle kanda, keemiliste ühendite valemeid termini haaval liita, lahutada ja taandada. Sel juhul on vaja arvestada reaktsioonivõrrandite koefitsiente ja mitte unustada, et moolide võrra lisatavad, lahutatavad või taandatavad ained peavad olema samas agregatsiooniseisundis.

Soojusefekti rakendamine praktikas

Keemiliste reaktsioonide soojusefekte on vaja paljude tehniliste arvutuste jaoks. Mõelgem näiteks võimsale Vene Energia raketile, mis on võimeline orbiidile saatma kosmoselaevu ja muid kasulikke koormaid. Selle ühe etapi mootorid töötavad veeldatud gaasidel - vesinikul ja hapnikul.

Oletame, et teame tööd (kJ), mis tuleb kulutada raketi koos lastiga Maa pinnalt orbiidile toimetamiseks, samuti teame töid õhutakistuse ja muude energiakulude ületamiseks lennu ajal. Kuidas arvutada vajalikku vesiniku ja hapniku varu, mida (vedeldatud olekus) selles raketis kütusena ja oksüdeerijana kasutatakse?

Ilma vesinikust ja hapnikust vee moodustumise reaktsiooni termilise efektita on seda raske teha. Lõppude lõpuks on soojusefekt just see energia, mis peaks raketi orbiidile viima. Raketi põlemiskambrites muundatakse see soojus kuuma gaasi (auru) molekulide kineetiliseks energiaks, mis väljub düüsidest ja tekitab joa tõukejõu.

Keemiatööstuses on soojusefekte vaja, et arvutada soojushulk reaktorite soojendamiseks, milles toimuvad endotermilised reaktsioonid. Energeetikasektoris arvutatakse soojusenergia tootmist kütuse põlemissoojuse järgi.

Dietoloogid kasutavad toidu oksüdatsiooni termilisi mõjusid kehas, et luua õigeid dieete mitte ainult patsientidele, vaid ka tervetele inimestele – sportlastele, erinevate elukutsete töötajatele. Traditsiooniliselt ei kasutata siin arvutustes mitte džaule, vaid muid energiaühikuid – kaloreid (1 cal = 4,1868 J). Toidu energiasisalduse all mõeldakse mis tahes toiduainete massi: 1 g, 100 g või isegi toote standardpakendit. Näiteks võib kondenspiimapurgi etiketilt lugeda järgmist kirja:

"kalorite sisaldus 320 kcal / 100 g."

TERMILINE MÕJU, eraldub või neeldub termodünaamiliselt soojust. süsteem, kui kemikaal sellest läbi voolab. linnaosad. Määratakse tingimusel, et süsteem ei tee töid (v.a võimalikud laiendustööd) ning t-ry ja produktid on võrdsed. Kuna soojus ei ole olekufunktsioon, st. olekutevahelise ülemineku ajal sõltub üleminekuteest, siis üldjuhul ei saa soojusefekt olla konkreetse linnaosa tunnuseks. Kahel juhul langeb lõpmata väike soojushulk (elementaarsoojus) d Q kokku olekufunktsiooni kogudiferentsiaaliga: konstantse ruumalaga d Q = = dU (U on süsteemi siseenergia) ja konstantse d korral Q = dH (H - süsteemi entalpia).

Praktiliselt olulised on kahte tüüpi soojusefektid: isotermiline-isobaarne (konstantsetel temperatuuridel T ja p) ja isotermiline-isokooriline (konstantse T ja mahu V juures). On diferentseeritud ja integreeritud soojusefektid. Diferentsiaalne soojusefekt määratakse avaldiste abil:

kus u i, h i -resp. osaline molaarne extr. energia ja ; v i -stöhhiomeetriline koefitsient (v i > 0 toodete puhul, v i<0 для ); x = (n i - n i 0)/v i ,-хим. переменная, определяющая состав системы в любой момент протекания р-ции (n i и n i0 - числа i-го компонента в данный момент времени и в начале хим. превращения соотв.). Размерность дифференциального теплового эффекта реакции-кДж/ . Если u T,V , h T,p >0, ringkond kutsus endotermiline, efekti vastupidise märgiga - eksotermiline. Neid kahte tüüpi mõjusid seostatakse:

Antud on termilise efekti sõltuvus temperatuurist, mille rakendamine rangelt võttes eeldab kõikide lahuses osalevate ainete osamolaaride tundmist, kuid enamasti on need kogused teadmata. Kuna sissevoolavate jõgede jaoks tõelisi lahendusi ja teistes termodünaamiliselt mitteideaalsetes keskkondades, soojusefektid, nagu ka teised, sõltuvad oluliselt süsteemi ja katse koostisest. tingimustes on välja töötatud lähenemine, mis hõlbustab erinevate linnaosade võrdlemist ja soojusmõjude taksonoomiat. Seda eesmärki täidab standardse soojusefekti mõiste (tähistatud). Standardi all peame silmas termilist efekti, mis teostatakse (sageli hüpoteetiliselt) tingimustes, mil kõik ringkonnas osalevad üksused on antud tingimustes. Diferentsiaal ja integraalsed standardsed soojusefektid on alati arvuliselt samad. Standardse soojusefekti saab hõlpsasti arvutada standardsete moodustumise või kuumuste tabelite abil põlemine sisse-sisse(vt allpool). Mitteideaalsete kandjate puhul on tegelikult mõõdetud ja standardsete soojusefektide vahel suur lahknevus, mida tuleb termodünaamilistes arvutustes termiliste efektide kasutamisel silmas pidada. Näiteks leeliselise diatseetimiidi [(CH 3 CO) 2 NH (sool) + H 2 O (l) = CH 3 SOKH 2 (sool) + CH 3 COOH (l) +] jaoks 0,8 n. NaOH vesilahus (58 massiprotsenti) temperatuuril 298 K mõõdetud termiline efekt DH 1 = -52,3 kJ/. Sama piirkonna kohta standardtingimustes saadi = - 18,11 kJ/. See tähendab nii palju. erinevus on seletatav ainega kaasnevate termiliste mõjudega määratud lahuses (soojus). Tahke aine puhul on vedel äädikhape ja kuumus võrdsed: D H 2 = 13,60; DH3 = -48,62; D H 4 = - 0,83 kJ/, seega = D H 1 - D H 2 - D H 3 + D H 4. Näidisvaatestkuid et termiliste mõjude uurimisel on oluline mõõta kaasneva füüsikalis-keemilise soojusmõju. protsessid.

Soojusmõjude uurimine on väga oluline ülesanne. Põhiline katsetame meetod - kalorimeetria. Kaasaegne Seadmed võimaldavad uurida soojusefekte gaasi-, vedel- ja tahkefaasis, liideses, aga ka keerukates. süsteemid. Mõõdetud soojusefektide tüüpiliste väärtuste vahemik on sadadest J/ kuni sadade kJ/. Tabelis on toodud kalorimeetrilised andmed. teatud linnaosade soojusmõjude mõõtmised. Soojusefektide, lahjenduse ja kuumuse mõõtmine võimaldab liikuda tegelikult mõõdetud soojusefektide juurest standardsete efektide poole.

Olulist rolli mängivad kahte tüüpi termilised mõjud - ühendi moodustumise soojus. alates lihtsad ja aine põlemissoojus puhtal kujul koos kõrgemate elementide moodustumisega, millest aine koosneb. Need soojusefektid viiakse standardtingimustesse ja esitatakse tabelina. Nende abiga on lihtne arvutada mis tahes soojusefekti; see on võrdne algebraga. kõigi protsessis osalevate ainete tekke- või põlemissoojuste summa:

Tabeliväärtuste rakendamine lubabsoojusefektide arvutamine mitmuses. tuhat rubla, kuigi need väärtused ise on tuntud vaid mitme kohta. tuhat ühendust. See arvutusmeetod ei sobi aga väikese soojusefektiga piirkondade jaoks, kuna arvutatud väike väärtus saadakse algebralisena summa mitu suured väärtused, mida iseloomustab viga, servad abs. võib ületada termilise efekti. Soojusmõjude arvutamine suuruste abil lähtudes sellest, et on olemas riiklik funktsioon. See võimaldab koostada termokeemilisi süsteeme. võrrandid vajaliku lahenduse soojusefekti määramiseks (vt.). Peaaegu alati arvutatakse standardsed soojusefektid. Lisaks ülalkirjeldatud meetodile arvutatakse soojusefektid, kasutades temperatuuri sõltuvust -eq.

Nii nagu inimese üks füüsilisi omadusi on füüsiline jõud, on iga keemilise sideme kõige olulisem omadus sideme tugevus, s.o. tema energiat.

Tuletagem meelde, et keemilise sideme energia on energia, mis vabaneb keemilise sideme tekkimisel või energia, mis tuleb kulutada selle sideme hävitamiseks.

Keemiline reaktsioon on üldiselt ühe aine muundumine teiseks. Järelikult keemilise reaktsiooni käigus ühed sidemed katkevad ja tekivad teised, s.t. energia muundamine.

Füüsika põhiseadus ütleb, et energia ei teki mitte millestki ega kao jäljetult, vaid läheb ainult ühest vormist teise. Oma universaalsuse tõttu on see põhimõte ilmselt rakendatav keemiliste reaktsioonide puhul.

Keemilise reaktsiooni termiline mõju nimetatakse soojushulgaks

vabaneb (või imendub) reaktsiooni käigus ja viitab 1 moolile reageerinud (või moodustunud) ainele.

Soojusefekti tähistatakse tähega Q ja seda mõõdetakse tavaliselt kJ/mol või kcal/mol.

Kui reaktsioon toimub soojuse eraldumisega (Q > 0), nimetatakse seda eksotermiliseks ja kui reaktsioon toimub soojuse neeldumisega (Q< 0) – эндотермической.

Kui skemaatiliselt kujutada reaktsiooni energiaprofiili, siis endotermiliste reaktsioonide puhul on produktid suurema energiaga kui reagentidel ja eksotermiliste reaktsioonide puhul vastupidi, reaktsioonisaadused on madalama energiaga (stabiilsemad) kui reagendid.

On selge, et mida rohkem ainet reageerib, seda suurem on vabanev (või neelduv) energia hulk, s.t. termiline efekt on otseselt võrdeline aine kogusega. Seetõttu on termilise efekti omistamine 1 moolile ainele tingitud meie soovist võrrelda erinevate reaktsioonide soojusefekte.

Loeng 6. Termokeemia. Keemilise reaktsiooni termiline mõju Näide 1. 8,0 g vask(II)oksiidi redutseerimisel vesinikuga tekkis metalliline vask ja veeaur ning eraldus 7,9 kJ soojust. Arvutage vask(II)oksiidi redutseerimisreaktsiooni termiline efekt.

Lahendus. Reaktsioonivõrrand: CuO (tahke) + H2 (g) = Cu (lahus) + H2O (g) + Q (*)

Teeme proportsiooni: redutseerimisel eraldub 0,1 mol - 7,9 kJ; redutseerimisel eraldub 1 mol - x kJ

Kus on x = + 79 kJ/mol. Võrrand (*) võtab kuju

CuO (tahke) + H2 (g.) = Cu (tahke) + H2O (g.) +79 kJ

Termokeemiline võrrand on keemilise reaktsiooni võrrand, mis näitab reaktsioonisegu komponentide (reaktiivide ja saaduste) agregatsiooni olekut ja reaktsiooni termilist mõju.

Seega on jää sulatamiseks või vee aurustamiseks vaja teatud koguses soojust, samas kui vedela vee külmumisel või veeauru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust. Seetõttu tunneme end veest välja tulles külmana (vee aurustumine keha pinnalt nõuab energiat) ja higistamine on bioloogiline. kaitsemehhanism keha ülekuumenemisest. Vastupidi, sügavkülmik külmutab vee ja soojendab ümbritsevat ruumi, vabastades sellesse liigse soojuse.

See näide näitab vee agregatsiooni oleku muutuste termilisi mõjusid. Sulamissoojus (0o C juures) λ = 3,34×105 J/kg (füüsika) ehk Qpl. = - 6,02 kJ/mol (keemia), aurustumissoojus (aurustumissoojus) (100o C juures) q = 2,26×106 J/kg (füüsika) või Qex. = -40,68 kJ/mol (keemia).

sulamine

arr 298.

Loeng 6. Termokeemia. Keemilise reaktsiooni termiline mõju Muidugi on sublimatsiooniprotsessid võimalikud, kui tahke aine

läheb gaasifaasi, minnes mööda vedelast olekust ja gaasifaasist sadestumise (kristalliseerumise) pöördprotsessidest, nende jaoks on võimalik ka soojusefekti arvutada või mõõta.

On selge, et igal ainel on keemilised sidemed, seega on igal ainel teatud hulk energiat. Kõiki aineid ei saa aga ühe keemilise reaktsiooniga üksteiseks muuta. Seetõttu leppisime kokku standardse oleku kehtestamises.

Standardne aine olek– see on aine agregatsiooni olek temperatuuril 298 K, rõhul 1 atmosfäär nendes tingimustes kõige stabiilsemas allotroopses modifikatsioonis.

Tüüptingimused– see on temperatuur 298 K ja rõhk 1 atmosfäär. Standardtingimused (standardseisund) on tähistatud indeksiga 0.

Ühendi standardsoojus on antud ühendi moodustumise keemilise reaktsiooni termiline efekt nende standardolekus võetud lihtainetest. Ühendi moodustumise soojust tähistab sümbol Q 0 Paljude ühendite standardsed moodustumissoojused on toodud füüsikalis-keemiliste suuruste teatmeteostes.

Lihtainete moodustumise standardsoojused on võrdsed 0-ga. Näiteks Q0 proov, 298 (O2, gaas) = ​​0, Q0 proov, 298 (C, tahke aine, grafiit) = 0.

Näiteks . Kirjutage üles vask(II)sulfaadi moodustumise termokeemiline võrrand. Teatmeteosest Q0 proov 298 (CuSO4) = 770 kJ/mol.

Cu (tahke) + S (tahke) + 2O2 (g) = CuSO4 (tahke) + 770 kJ.

Märkus: termokeemilise võrrandi saab kirjutada mis tahes aine kohta, kuid sellest tuleb aru saada päris elu reaktsioon toimub hoopis teistmoodi: loetletud reagentidest tekivad kuumutamisel vask(II)- ja väävel(IV)oksiidid, kuid vask(II)sulfaati ei teki. Oluline järeldus: termokeemiline võrrand on mudel, mis võimaldab arvutusi, see ühtib hästi teiste termokeemiliste andmetega, kuid ei kannata praktilist katsetamist (st ei suuda õigesti ennustada reaktsiooni võimalikkust või võimatust).

(B j ) - ∑ a i × Q arr 0 ,298 i

Loeng 6. Termokeemia. Keemilise reaktsiooni termiline mõju

Selgitamine . Et teid mitte eksitada, lisan kohe, et keemiline termodünaamika oskab ennustada reaktsiooni võimalikkust/võimatust selleks on aga vaja tõsisemaid “tööriistu”, mis väljuvad kooli keemiakursuse raamest. Termokeemiline võrrand võrreldes nende tehnikatega on esimene samm Cheopsi püramiidi taustal - te ei saa ilma selleta hakkama, kuid te ei saa ka kõrgele tõusta.

Näide 2. Arvutage 5,8 g vee kondenseerumise termiline efekt Lahus. Kondensatsiooniprotsessi kirjeldatakse termokeemilise võrrandiga H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q – kondenseerumine on tavaliselt eksotermiline protsess.Vee kondenseerumissoojus 25o C juures on 37 kJ/mol (teatmik) .

Seetõttu Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.

19. sajandil pani vene keemik Hess, kes uuris reaktsioonide soojusmõjusid, eksperimentaalselt paika energia jäävuse seaduse seoses keemiliste reaktsioonidega – Hessi seaduse.

Keemilise reaktsiooni termiline efekt ei sõltu protsessi käigust ja selle määrab ainult lõpp- ja algoleku erinevus.

Keemia ja matemaatika seisukohalt tähendab see seadus, et protsessi arvutamiseks saame vabalt valida mis tahes “arvutustrajektoori”, sest tulemus sellest ei sõltu. Sel põhjusel on väga olulisel Hessi seadusel uskumatult oluline Hessi seaduse tagajärg.

Keemilise reaktsiooni termiline mõju võrdne summaga reaktsioonisaaduste moodustumise soojused miinus reagentide moodustumise soojuste summa (võttes arvesse stöhhiomeetrilisi koefitsiente).

Vaatepunktist terve mõistus See tagajärg vastab protsessile, mille käigus kõik reagendid muudeti esmalt lihtsateks aineteks, mis seejärel monteeriti uuesti kokku, moodustades reaktsiooniproduktid.

Võrrandi kujul näeb Hessi seaduse tagajärg välja järgmine: Reaktsioonivõrrand: a 1 A 1 + a 2 A 2 + … + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + … b

Sel juhul on a i ja b j stöhhiomeetrilised koefitsiendid, A i on reagendid, B j on reaktsiooniproduktid.

Siis on Hessi seaduse tagajärg kujul Q = ∑ b j × Q arr 0 .298

k Bk + Q

(Ai)

Loeng 6. Termokeemia. Keemilise reaktsiooni termiline mõju Alates paljude ainete standardsoojustest

a) on kokku võetud spetsiaalsetesse tabelitesse või b) saab määrata eksperimentaalselt, siis on võimalik üsna suure täpsusega ennustada (arvutada) väga suure hulga reaktsioonide soojusefekti.

Näide 3. (Hessi seaduse järeldus). Arvutage gaasifaasis standardtingimustes esineva metaani aurureformimise termiline efekt:

CH4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)

Tehke kindlaks, kas see reaktsioon on eksotermiline või endotermiline?

Lahendus: Hessi seaduse tagajärg

Teatmeteosest leiame segu ülejäänud komponentide tekkesoojused.

Väärtuste asendamine võrrandis

Q = 0 + 110,5 - 74,6 - 241,8 = -205,9 kJ/mol, reaktsioon on väga endotermiline.

Vastus: Q = -205,9 kJ/mol, endotermiline

Näide 4. (Hessi seaduse rakendamine). Tuntud reaktsioonisoojused

C (tahke) + ½ O (g) = CO (g) + 110,5 kJ

C (tahke) + O2 (g) = CO2 (g) + 393,5 kJ Leidke reaktsiooni soojusefekt 2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) Lahendus Korrutage esimene ja teine ​​võrrand 2-ga

2C (g.) + O2 (g.) = 2CO (g.) + 221 kJ 2C (g.) + 2O2 (g.) = 2CO2 (g.) + 787 kJ

Lahutage esimene teisest võrrandist

O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ – 2CO (g) – 221 kJ,

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Vastus: 566 kJ/mol.

Märkus: termokeemia uurimisel käsitleme keemilist reaktsiooni väljastpoolt (väljastpoolt). Seevastu keemiline termodünaamika on käitumisteadus keemilised süsteemid– vaatleb süsteemi seestpoolt ja opereerib mõistega "entalpia" H kui süsteemi soojusenergia. Entalpia, nii

Loeng 6. Termokeemia. Keemilise reaktsiooni termiline efekt on sama tähendusega kui soojushulk, kuid sellel on vastupidine märk: kui süsteemist vabaneb energia, keskkond see võtab selle vastu ja soojeneb, kuid süsteem kaotab energiat.

Kirjandus:

1. õpik, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko jt, Keemia 9. klass, punkt 19,

2. Õppe- ja metoodiline käsiraamat “Üldkeemia alused” 1. osa.

Koostanud S.G. Baram, I.N. Mironov. - võta kaasa! järgmiseks seminariks

3. A.V. Manuilov. Keemia alused. http://hemi.nsu.ru/index.htm

§9.1 Keemilise reaktsiooni termiline mõju. Termokeemia põhiseadused.

§9.2** Termokeemia (järg). Aine moodustumise soojus elementidest.

Standardne moodustumise entalpia.

Tähelepanu!

Liigume arvutusülesannete lahendamise juurde, seega on nüüd keemiaseminaridele soovitav kalkulaator.