Termodinamika
HTML versija tiks atjaunināta laika gaitā.
Reakcijas siltumefekts
Daudzas ķīmiskās reakcijas pavada siltuma izdalīšanās, piemēram, degšanas vai neitralizācijas reakcijās. Tādējādi būtu gaidāms, ka katru reakciju var raksturot ar to cik daudz siltuma tās gaitā rodas vai tiek patērēts.
Pēc tā vai reakcijas izdala vai patērē siltumu tās tiek iedalītas divās klasēs:
-
eksotermiskās reakcijās siltums izdalās
-
endotermiskās reakcijās siltums patērējas
Lai varētu izrēķināt reakcijas siltumefektu, mums būtu jāzina cik daudz enerģijas piemīt produktiem un reaģentiem, un tad reakcijas siltumefektu varētu raksturot kā šo lielumu starpību.
Katru vielu raksturo tās veidošanās standartentlapija, kas tiek apzīmēta kā \(\Delta_fH^\circ\) ar mērvienību \( \text{J mol$^{-1}$}\) un tā tiek definēta kā entalpijas izmaiņa veidojoties vienam molam vielas no tās saturošajiem elementu vienkāršajām vielām standartapstākļos. Piemēram:
\[\ce{1H2(g) + 0.5O2(g) -> \textbf{1}H2O(l)}\] \[\Delta_fH^\circ(\ce{H2O}) = -286 \text{kJ mol$^{-1}$}\]No šīs definīcijas acīmredzami izriet sekojošais fakts:
- vienkāršu vielu veidošanās standartentalpija ir 0
Tālāk zinot katras vielas veidošanās standartentalpiju mēs varam definēt reakcijas standartentalpiju:
\[\Delta_rH^\circ = \sum_{prod}\Delta_fH^\circ - \sum_{reag}\Delta_fH^\circ \big (1)\]formulu (1) vieglāk interpretēt vārdiem: reakcijas standartentalpija ir produktu veidošanās standartentalpiju summa mīnus reaģentu veidošanās standartentalpiju summa. (Ja vielai reakcijā ir koeficients $n$, tad formulā jāliek \(n\cdot\Delta_fH^\circ\)).
Ilustrēsim formulas lietojumu uz sekojošo reakciju: \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\)
\[\Delta_rH^\circ = 2\cdot\Delta_fH^\circ (\ce{H2O}) - \left(2\cdot\Delta_fH^\circ (\ce{H2}) + \Delta_fH^\circ (\ce{O2})\right) = 2\cdot(-286) - (2\cdot0 + 0) = -572 \text{kJ}\]ievērot mērvienību - \(\text{kJ}\), jo mēs iekļāvām molus aprēķinu gaitā
Ja reakcija notiek pie nemainīga spiediena, tad izmantojot reakcijas standartentalpiju var noteikt reakcijas siltumefektu (siltumu kas izdalās/patērējas reakcijas gaitā) kā \(\textbf{-}\Delta_rH^\circ\). Piemēram, no iepriekš izrēķinātās vērtības, mēs varam noteikt, ka ja mēs sadedzinam divus molus ūdeņraža, tad reakcijas gaitā rodas 572 kJ siltuma.