Să vorbim despre ce este căldura de formare și, de asemenea, să definim acele condiții care se numesc standard. Pentru a înțelege această problemă, vom afla diferențele dintre substanțele simple și cele complexe. Pentru a consolida conceptul de „căldură de formare”, luați în considerare ecuații chimice specifice.
Entalpia standard de formare a substanțelor
În reacția de interacțiune a carbonului cu hidrogenul gazos, se eliberează 76 kJ de energie. În acest caz, această cifră este efectul termic al unei reacții chimice. Dar aceasta este și căldura de formare a unei molecule de metan din substanțe simple. "De ce?" - tu intrebi. Acest lucru se datorează faptului că componentele inițiale au fost carbon și hidrogen. 76 kJ/mol va fi energia pe care chimiștii o numesc „căldura de formare”.
Tabelele de date
În termochimie, există numeroase tabele care indică căldurile de formare a diferitelor substanțe chimice din substanțe simple. De exemplu, căldura de formare a unei substanțe a cărei formulă este CO2, în stare gazoasăare un indice de 393,5 kJ/mol.
Valoare practică
De ce avem nevoie de aceste valori? Căldura de formare este o valoare care este utilizată la calcularea efectului termic al oricărui proces chimic. Pentru a efectua astfel de calcule va fi necesară aplicarea legii termochimiei.
Termochimie
El este legea de bază care explică procesele energetice observate în procesul unei reacții chimice. În timpul interacțiunii se observă transformări calitative în sistemul de reacție. Unele substanțe dispar, în schimb apar noi componente. Un astfel de proces este însoțit de o schimbare a sistemului energetic intern, care se manifestă sub formă de muncă sau căldură. Lucrarea asociată expansiunii are un indicator minim pentru transformările chimice. Căldura degajată în transformarea unei componente într-o altă substanță poate fi mare.
Dacă luăm în considerare o varietate de transformări, pentru aproape toate există o absorbție sau eliberare a unei anumite cantități de căldură. Pentru a explica fenomenele care apar, a fost creată o secțiune specială - termochimie.
Legea lui Hess
Grație primei legi a termodinamicii, a devenit posibil să se calculeze efectul termic în funcție de condițiile unei reacții chimice. Calculele se bazează pe legea de bază a termochimiei și anume legea Hess. Dăm formula sa: efectul termic al unei transformări chimiceasociat cu natura, starea inițială și finală a materiei, nu este asociat cu modul în care se realizează interacțiunea.
Ce rezultă din această formulare? În cazul obținerii unui anumit produs, nu este necesară utilizarea unei singure opțiuni de interacțiune, este posibil să se efectueze reacția într-o varietate de moduri. În orice caz, indiferent de modul în care obțineți substanța dorită, efectul termic al procesului va fi de aceeași valoare. Pentru a-l determina, este necesar să se însumeze efectele termice ale tuturor transformărilor intermediare. Datorită legii lui Hess, a devenit posibil să se efectueze calcule ale indicatorilor numerici ai efectelor termice, ceea ce este imposibil de realizat într-un calorimetru. De exemplu, cantitativ căldura de formare a substanței monoxid de carbon este calculată conform legii lui Hess, dar nu o veți putea determina prin experimente obișnuite. De aceea sunt atât de importante tabelele termochimice speciale, în care sunt introduse valori numerice pentru diferite substanțe, determinate în condiții standard
Puncte importante în calcule
Având în vedere că căldura de formare este efectul termic al reacției, starea de agregare a substanței în cauză este de o importanță deosebită. De exemplu, atunci când se efectuează măsurători, se obișnuiește să se ia în considerare grafitul, mai degrabă decât diamantul, ca stare standard a carbonului. Se iau în considerare și presiunea și temperatura, adică condițiile în care au fost amplasate inițial componentele de reacție. Aceste mărimi fizice pot avea un efect semnificativ asupra interacțiunii, cresc sau scad valoarea energetică. Pentru calcule de bază,termochimie, se obișnuiește să se utilizeze indicatori specifici de presiune și temperatură.
Condiții standard
Deoarece căldura de formare a unei substanțe este determinarea mărimii efectului energetic în condiții standard, le vom evidenția separat. Temperatura pentru calcule este aleasă 298 K (25 grade Celsius), presiune - 1 atmosferă. În plus, un punct important căruia trebuie să se acorde atenție este faptul că căldura de formare pentru orice substanță simplă este zero. Acest lucru este logic, deoarece substanțele simple nu se formează singure, adică nu există nicio cheltuială de energie pentru formarea lor.
Elemente de termochimie
Această secțiune a chimiei moderne este de o importanță deosebită, deoarece aici se efectuează calcule importante, se obțin rezultate specifice care sunt utilizate în ingineria termoenergetică. În termochimie, există multe concepte și termeni care sunt importanți de utilizat pentru a obține rezultatele dorite. Entalpia (ΔH) indică faptul că interacțiunea chimică a avut loc într-un sistem închis, nu a existat nicio influență asupra reacției de la alți reactivi, presiunea a fost constantă. Această clarificare ne permite să vorbim despre acuratețea calculelor efectuate.
În funcție de tipul de reacție luată în considerare, amploarea și semnul efectului termic rezultat pot diferi semnificativ. Deci, pentru toate transformările care implică descompunerea unei substanțe complexe în mai multe componente mai simple, se presupune absorbția de căldură. Reacțiile de combinare a multor substanțe inițiale într-un singur produs mai complex sunt însoțite deeliberând o cantitate semnificativă de energie.
Concluzie
La rezolvarea oricărei probleme termochimice, se folosește același algoritm de acțiuni. În primul rând, conform tabelului, pentru fiecare componentă inițială, precum și pentru produsele de reacție, se determină valoarea căldurii de formare, fără a uita starea de agregare. În plus, înarmați cu legea lui Hess, ei compun o ecuație pentru a determina valoarea dorită.
O atenție specială trebuie acordată luării în considerare a coeficienților stereochimici care există în fața substanțelor inițiale sau finale într-o anumită ecuație. Dacă în reacție există substanțe simple, atunci căldurile lor standard de formare sunt egale cu zero, adică astfel de componente nu afectează rezultatul obținut în calcule. Să încercăm să folosim informațiile primite pentru o anumită reacție. Dacă luăm ca exemplu procesul de formare a metalului pur din oxid de fier (Fe3+) prin interacțiunea cu grafitul, atunci în cartea de referință puteți găsi valorile a căldurii standard de formare. Pentru oxidul de fier (Fe3+) va fi –822,1 kJ/mol, pentru grafit (o substanță simplă) este egal cu zero. În urma reacției, se formează monoxid de carbon (CO), pentru care acest indicator are o valoare de 110,5 kJ / mol, iar pentru fierul eliberat, căldura de formare corespunde cu zero. Înregistrarea căldurii standard de formare a unei interacțiuni chimice date este caracterizată după cum urmează:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Se analizeazărezultatul numeric obținut conform legii Hess, putem face o concluzie logică că acest proces este o transformare endotermă, adică implică cheltuirea de energie pentru reacția de reducere a fierului din oxidul său trivalent.
