EFECT TERMIC, căldură eliberată sau absorbită termodinamică. sistem în timpul fluxului de substanțe chimice în el. raioane. Se determină cu condiția ca sistemul să nu funcționeze (cu excepția posibilelor lucrări de expansiune), iar t-ry și produsele sunt egale. Deoarece căldura nu este o funcție de stare, de ex. în timpul tranziției între state depinde de calea de tranziție, atunci în cazul general efectul termic nu poate servi ca o caracteristică a unui anumit district. În două cazuri, o cantitate infinit de căldură (căldură elementară) d Q coincide cu diferența totală a funcției de stare: cu un volum constant d Q \u003d dU (U este energia internă a sistemului) și cu o constantă d Q \u003d dH (H este entalpia sistemului).
Două tipuri de efecte termice sunt practic importante - izoter izobar (la t-re T și p constant) și izoter izocoric (la T constant și volum V). Există efecte termice diferențiale și integrale. Efectul termic diferențial este determinat de expresiile:
unde u i , h i -acc. molar parțial ext. energie și ; v i -stoichiometrice. coeficient (v i > 0 pentru produse, 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
efect termic reactie-kJ/. Dacă u T,V , h T,p > 0, se numește p-țiune. endotermic, cu semnul opus efectului, exotermic. Cele două tipuri de efecte sunt legate de relație:
Este dată dependența de temperatură a efectului termic, a cărui aplicare, strict vorbind, necesită cunoașterea valorilor molare parțiale ale tuturor substanțelor implicate în district, dar în majoritatea cazurilor aceste cantități sunt necunoscute. Deoarece pentru raioanele care curg solutii realeși alte medii neideale din punct de vedere termodinamic, efectele termice, ca și altele, depind în mod semnificativ de compoziția sistemului și a experimentului. condiții, a fost dezvoltată o abordare care facilitează compararea diferitelor districte și sistematica efectelor termice. Acest scop este servit de conceptul de efect termic standard (notat). Standardul este înțeles ca efectul termic, realizat (deseori hiprtetic) în condițiile în care toate insulele care participă la raion sunt în cele date. Diferenţial iar efectele termice standard integrale sunt întotdeauna aceleași numeric. Efectul termic standard este ușor de calculat folosind tabelele de călduri standard de formare sau călduri de ardere în interior (vezi mai jos). Pentru mediile neideale, există o mare discrepanță între efectele termice măsurate efectiv și cele standard, de care trebuie reținută atunci când se utilizează efectele termice în calculele termodinamice. De exemplu, pentru diacetimida alcalină [(CH 3 CO) 2 NH (tv) + H 2 O (l) \u003d \u003d CH 3 SOCH 2 (tv) + CH 3 COOH (l) +] în 0,8 n. soluție de NaOH în apă (58% din masă) la 298 K, efectul termic măsurat D H 1 \u003d - 52,3 kJ / . Pentru același raion, în condiții standard, s-a obținut = - 18,11 kJ/. Înseamnă atât de mult. diferența se explică prin efectele termice care însoțesc in-in-ul în p-solventul (încălziri) indicat. Pentru solid, acidul acetic lichid și, respectiv, căldura sunt egale: D H 2 = 13,60; DH3 = - 48,62; D H 4 \u003d - 0,83 kJ / deci \u003d D H 1 - D H 2 - D H 3 + D H 4. Din vizualizarea exempludar că în studiul efectelor termice, este important să se măsoare efectele termice ale fizice concomitente. proceselor.
Studiul efectelor termice este cea mai importantă sarcină. Principal experimental metoda este calorimetria. Modern Echipamentul face posibilă studierea efectelor termice în fazele gazoase, lichide și solide, la limita de fază, precum și în cele complexe. sisteme. Gama de efecte termice măsurate tipice variază de la sute de J/ la sute de kJ/. În tabel. sunt date date calorimetrice. măsurători ale efectelor termice ale anumitor cartiere. Măsurarea efectelor termice, a diluției și a căldurii vă permite să treceți de la efectele termice măsurate efectiv la cele standard.
Un rol important revine efectelor termice de două tipuri - căldurile de formare Comm. din simplu in-inși valorile calorice ale in-in pur cu formarea de elemente superioare, dintre care este in-in. Aceste efecte termice sunt reduse la condiții standard și sunt tabulate. Cu ajutorul lor este ușor de calculat orice efect termic; este egal cu algebricul suma căldurilor de formare sau căldurilor de ardere ale tuturor participanților în districtul în-in:
Aplicarea valorilor tabelare 
permitecalcula efecte termice pl. mii de districte, deși aceste valori însele sunt cunoscute doar de câțiva. mii de conexiuni. Această metodă de calcul este însă nepotrivită pentru raioanele cu efecte termice mici, deoarece valoarea mică calculată este obținută ca algebric. suma mai multor valori mari, se caracterizează printr-o eroare, margini în abs. poate depăși efectul termic. Calculul efectelor termice folosind marimi 
se bazează pe faptul că există o funcţie de stat. Acest lucru face posibilă alcătuirea sistemelor termochimice. ur-tions pentru a determina efectul termic al p-tionului necesar (vezi). Calculați aproape întotdeauna efectele termice standard. Pe lângă metoda discutată mai sus, calculul efectelor termice se realizează în funcție de dependența de temperatură a ecuației
La fel cum una dintre caracteristicile fizice ale unei persoane este puterea fizică, cea mai importantă caracteristică a oricărei legături chimice este puterea legăturii, adică. energia ei.
Amintiți-vă că energia unei legături chimice este energia care este eliberată în timpul formării unei legături chimice sau energia care trebuie cheltuită pentru a distruge această legătură.
În general, o reacție chimică este transformarea unei substanțe în alta. Prin urmare, în timpul reactie chimica are loc o ruptură a unor legături și formarea altora, adică. conversie de energie.
Legea fundamentală a fizicii spune că energia nu ia naștere din nimic și nu dispare fără urmă, ci doar trece de la o formă la alta. Datorită universalității sale, acest principiu se aplică în mod evident unei reacții chimice.
Efectul termic al unei reacții chimice numită cantitatea de căldură
eliberat (sau absorbit) în timpul reacției și referit la 1 mol din substanța reacționată (sau formată).
Efectul termic este notat cu litera Q și este de obicei măsurat în kJ/mol sau kcal/mol.
Dacă reacția are loc cu degajarea de căldură (Q > 0), se numește exotermă, iar dacă cu absorbția de căldură (Q< 0) – эндотермической.
Dacă înfățișăm schematic profilul energetic al reacției, atunci pentru reacțiile endoterme, produsele sunt mai mari ca energie decât reactanții, iar pentru reacțiile exoterme, dimpotrivă, produșii de reacție sunt localizați mai puțin în energie (mai stabil) decât reactanții. .
Este clar că cu cât reacționează mai multă materie, cu atât este eliberată (sau absorbită) mai multă energie, adică. efectul termic este direct proportional cu cantitatea de substanta. Prin urmare, atribuirea efectului termic la 1 mol dintr-o substanță se datorează dorinței noastre de a compara efectele termice ale diferitelor reacții între ele.
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacţii chimice Exemplul 1 . În timpul reducerii a 8,0 g de oxid de cupru(II) cu hidrogen, s-au format cupru metalic și vapori de apă și s-a eliberat 7,9 kJ de căldură. Calculați efectul termic al reacției de reducere a oxidului de cupru (II).
Soluție. Ecuația reacției CuO (solid) + H2 (g) = Cu (solid) + H2 O (g) + Q (*)
Să facem o proporție pentru reducerea de 0,1 mol - se eliberează 7,9 kJ; pentru restaurarea se eliberează 1 mol - x kJ
Unde x = + 79 kJ/mol. Ecuația (*) devine
CuO (solid) + H2 (g) = Cu (solid) + H2 O (g) +79 kJ
Ecuația termochimică- aceasta este o ecuație a unei reacții chimice, în care se indică starea de agregare a componentelor amestecului de reacție (reactivi și produse) și efectul termic al reacției.
Deci, pentru a topi gheața sau pentru a evapora apa, este necesar să consumați anumite cantități de căldură, în timp ce atunci când apa lichidă îngheață sau vaporii de apă se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură. De aceea ne este frig când ieșim din apă (evaporarea apei de la suprafața corpului necesită energie), iar transpirația este biologică. mecanism de aparare de la supraîncălzirea corpului. Dimpotrivă, congelatorul îngheață apa și încălzește încăperea din jur, dându-i căldură în exces.
Acest exemplu arată efectele termice ale unei modificări a stării de agregare a apei. Căldura de fuziune (la 0o C) λ = 3,34×105 J/kg (fizică), sau Qpl. \u003d - 6,02 kJ / mol (chimie), căldură de evaporare (vaporizare) (la 100o C) q \u003d 2,26 × 106 J / kg (fizică) sau Qisp. \u003d - 40,68 kJ / mol (chimie).
topire
evaporare |
|||||
mod 298.
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice Desigur, procesele de sublimare sunt posibile atunci când un solid
trece în faza gazoasă, ocolind starea lichidă și procesele inverse de precipitare (cristalizare) din faza gazoasă, este de asemenea posibil să se calculeze sau să se măsoare efectul termic pentru acestea.
Este clar că în fiecare substanță există legături chimice, prin urmare, fiecare substanță are o anumită cantitate de energie. Cu toate acestea, nu toate substanțele pot fi transformate unele în altele printr-o singură reacție chimică. Prin urmare, am convenit să introducem un stat standard.
stare standard a materiei este starea de agregare a unei substanțe la o temperatură de 298 K și o presiune de 1 atmosferă în cea mai stabilă modificare alotropică în aceste condiții.
Condiții standard este o temperatură de 298 K și o presiune de 1 atmosferă. Condițiile standard (starea standard) se notează cu indicele 0 .
Căldura standard de formare a compusului numit efectul termic al reacţiei chimice de formare a unui compus dat din substanţe simple luate în starea lor standard. Căldura de formare a unui compus este notă cu simbolul Q 0 Pentru mulți compuși, căldurile standard de formare sunt date în cărțile de referință ale cantităților fizico-chimice.
Căldura standard de formare a substanțelor simple este 0. De exemplu, Q0 arr.298 (O2, gaz) = 0, Q0 arr.298 (C, solid, grafit) = 0.
De exemplu . Scrieți ecuația termochimică pentru formarea sulfatului de cupru (II). Din cartea de referință Q0 arr. 298 (CuSO4 ) = 770 kJ/mol.
Cu (s.) + S (s.) + 2O2 (g.) = CuSO4 (s.) + 770 kJ.
Notă: ecuația termochimică poate fi scrisă pentru orice substanță, totuși, trebuie înțeles că în viata reala reacția decurge într-un mod complet diferit: din reactivii enumerați, la încălzire se formează oxizi de cupru (II) și sulf (IV), dar nu se formează sulfat de cupru (II). O concluzie importantă: ecuația termochimică este un model care permite calcule; este în acord cu alte date termochimice, dar nu rezistă testelor practice (adică nu este în măsură să prezică corect posibilitatea sau imposibilitatea unei reacții).
(B j ) - ∑ a i × Q arr 0 ,298 i
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice
Clarificare . Ca să nu vă induc în eroare, voi adăuga imediat că termodinamica chimică poate prezice posibilitatea/imposibilitatea unei reacţii, cu toate acestea, acest lucru necesită „instrumente” mai serioase, care depășesc domeniul de aplicare al unui curs de chimie școlar. Ecuația termochimică în comparație cu aceste metode este primul pas pe fundalul piramidei lui Keops - nu se poate face fără ea, dar nu se poate ridica sus.
Exemplul 2 . Calculați efectul termic al condensării apei cu masa de 5,8 g. Soluție. Procesul de condensare este descris de ecuația termochimică H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q - condensarea este de obicei un proces exotermic.Căldura de condensare a apei la 25o C este de 37 kJ/mol (carte de referință).
Prin urmare, Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.
În secolul al XIX-lea, chimistul rus Hess, care a studiat efectele termice ale reacțiilor, a stabilit experimental legea conservării energiei în raport cu reacțiile chimice - legea lui Hess.
Efectul termic al unei reacții chimice nu depinde de traseul procesului și este determinat doar de diferența dintre stările finale și inițiale.
Din punct de vedere al chimiei și al matematicii, această lege înseamnă că suntem liberi să alegem orice „traiectorie de calcul” pentru a calcula procesul, deoarece rezultatul nu depinde de acesta. Din acest motiv, legea Hesse foarte importantă are un aspect incredibil de important corolar al legii lui Hess.
Efectul termic al unei reacții chimice este egală cu suma căldurile de formare a produselor de reacție minus suma căldurilor de formare a reactanților (ținând cont de coeficienții stoichiometrici).
Din punct de vedere bun simț această consecință corespunde unui proces în care toți reactanții au fost mai întâi transformați în substanțe simple, care apoi au fost reasamblate într-un mod nou, astfel încât s-au obținut produșii de reacție.
Sub forma unei ecuații, consecința legii lui Hess arată astfel Ecuația reacției: a 1 A 1 + a 2 A 2 + ... + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + ... b
În acest caz, a i și b j sunt coeficienți stoichiometrici, A i sunt reactivi, B j sunt produși de reacție.
Atunci consecința legii Hess are forma Q = ∑ b j × Q arr 0 .298
k Bk + Q
(A i)
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacţii chimice Deoarece căldurile standard de formare a multor substanţe
a) sunt rezumate în tabele speciale sau b) pot fi determinate experimental, atunci devine posibil să se prezică (calcula) efectul termic al un numar mare reacţii cu un grad ridicat de precizie.
Exemplul 3 . (Consecința legii lui Hess). Calculați efectul termic al reformării cu abur a metanului care are loc în faza gazoasă în condiții standard:
CH4 (g) + H2 O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)
Stabiliți dacă este această reacție exotermic sau endotermic?
Soluție: Consecința legii lui Hess
Q = 3 Q0 | D) +Q 0 | (CO ,g ) −Q 0 | D ) −Q 0 | O, d) - în termeni generali. |
|||||
mod ,298 | mod ,298 | mod ,298 | mod ,298 | ||||||
Q arr0 | 298 (H 2, g) \u003d 0 | O substanță simplă în starea ei standard |
|||||||
Din cartea de referință găsim căldurile de formare ale componentelor rămase ale amestecului.
O,g) = 241,8 | (CO,g) = 110,5 | D) = 74,6 | |||||||||
mod ,298 | mod ,298 | mod ,298 | |||||||||
Introducerea valorilor în ecuație
Q \u003d 0 + 110,5 - 74,6 - 241,8 \u003d -205,9 kJ / mol, reacția este puternic endotermă.
Răspuns: Q \u003d -205,9 kJ / mol, endotermic
Exemplul 4. (Aplicarea legii lui Hess). Căluri de reacții cunoscute
C (solid) + ½ O (g) \u003d CO (g) + 110,5 kJ
C (s.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 393,5 kJ Aflați efectul de căldură al reacției 2CO (g.) + O2 (g.) = 2CO2 (g.) Soluție Înmulțim primul și a doua ecuație pe 2
2C (s.) + O2 (g.) = 2CO (g.) + 221 kJ 2C (s.) + 2O2 (g.) = 2CO2 (g.) + 787 kJ
Scădeți prima din a doua ecuație
O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ - 2CO (g) - 221 kJ,
2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Răspuns: 566 kJ/mol.
Notă: Când studiem termochimia, luăm în considerare o reacție chimică din exterior (din exterior). Dimpotrivă, termodinamica chimică – știința comportării sistemelor chimice – consideră sistemul din interior și operează cu conceptul de „entalpie” H ca energie termică a sistemului. entalpie, deci
Curs 6. Termochimie. Efectul termic al unei reacții chimice are același sens ca și cantitatea de căldură, dar are semnul opus: dacă energie este eliberată din sistem, mediu inconjurator primește și se încălzește, iar sistemul pierde energie.
Literatură:
1. manual, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko și alții, Chimie clasa 9, paragraful 19,
2. Manual educativ și metodic „Fundamente Chimie generală" Partea 1.
Întocmit de S.G. Baram, I.N. Mironov. - ia cu tine! pentru următorul seminar
3. A.V. Manuilov. Fundamentele chimiei. http://hemi.nsu.ru/index.htm
§9.1 Efectul termic al unei reacții chimice. Legile de bază ale termochimiei.
§9.2** Termochimie (continuare). Căldura de formare a materiei din elemente.
Entalpia standard de formare.
Atenţie!
Trecem la rezolvarea problemelor de calcul, prin urmare, de acum înainte, un calculator este de dorit pentru seminariile de chimie.
Orice reacție chimică este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie sub formă de căldură.
Pe baza eliberării sau absorbției de căldură, se disting exotermicși endotermic reactii.
exotermic reacții - astfel de reacții în timpul cărora se eliberează căldură (+ Q).
Reacții endoterme - reacții în timpul cărora căldura este absorbită (-Q).
Efectul termic al reacției (Q) este cantitatea de căldură care este eliberată sau absorbită în timpul interacțiunii unei anumite cantități de reactivi inițiali.
O ecuație termochimică este o ecuație în care este indicat efectul termic al unei reacții chimice. De exemplu, ecuațiile termochimice sunt:
De asemenea, trebuie menționat că ecuațiile termochimice trebuie să includă în mod necesar informații despre stările agregate ale reactanților și produșilor, deoarece valoarea efectului termic depinde de aceasta.
Calcule de căldură de reacție
Un exemplu de problemă tipică pentru găsirea efectului de căldură al unei reacții:
Când interacționează 45 g de glucoză cu un exces de oxigen în conformitate cu ecuația
C 6 H 12 O 6 (solid) + 6O 2 (g) \u003d 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
S-au eliberat 700 kJ de căldură. Determinați efectul termic al reacției. (Notați numărul la cel mai apropiat număr întreg.)
Soluţie:
Calculați cantitatea de substanță glucoză:
n (C 6 H 12 O 6) \u003d m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) \u003d 45 g / 180 g / mol \u003d 0,25 mol
Acestea. interacţiunea a 0,25 mol de glucoză cu oxigenul eliberează 700 kJ de căldură. Din ecuația termochimică prezentată în condiție rezultă că atunci când 1 mol de glucoză interacționează cu oxigenul, se formează o cantitate de căldură egală cu Q (căldura reacției). Atunci următoarea proporție este adevărată:
0,25 mol glucoză - 700 kJ
1 mol de glucoză - Q
Din această proporție rezultă ecuația corespunzătoare:
0,25 / 1 = 700 / Q
Rezolvând care, aflăm că:
Astfel, efectul termic al reacției este de 2800 kJ.
Calcule după ecuații termochimice
Mult mai des în USE sarciniîn termochimie, valoarea efectului termic este deja cunoscută, deoarece ecuația termochimică completă este dată în condiție.
În acest caz, este necesar să se calculeze fie cantitatea de căldură eliberată/absorbită cu o cantitate cunoscută de reactant sau produs, fie, dimpotrivă, conform valoare cunoscută căldura este necesară pentru a determina masa, volumul sau cantitatea unei substanțe a oricărui figurant al reacției.
Exemplul 1
În conformitate cu ecuația reacției termochimice
3Fe 3 O 4 (solid) + 8Al (solid) \u003d 9Fe (solid) + 4Al 2 O 3 (solid) + 3330 kJ
a format 68 g de oxid de aluminiu. Câtă căldură se eliberează în acest caz? (Notați numărul la cel mai apropiat număr întreg.)
Soluţie
Calculați cantitatea de substanță oxid de aluminiu:
n (Al 2 O 3) \u003d m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) \u003d 68 g / 102 g / mol \u003d 0,667 mol
În conformitate cu ecuația termochimică a reacției, se eliberează 3330 kJ în timpul formării a 4 moli de oxid de aluminiu. În cazul nostru, se formează 0,6667 mol de oxid de aluminiu. Indicând cantitatea de căldură degajată în acest caz, prin x kJ vom alcătui proporția:
4 mol Al203 - 3330 kJ
0,667 mol Al203-x kJ
Această proporție corespunde ecuației:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Rezolvând care, aflăm că x = 555 kJ
Acestea. în formarea a 68 g de oxid de aluminiu, în conformitate cu ecuația termochimică, se eliberează 555 kJ de căldură în condiție.
Exemplul 2
Ca rezultat al reacției, a cărei ecuație termochimică
4FeS 2 (solid) + 11O 2 (g) \u003d 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (solid) + 3310 kJ
S-au eliberat 1655 kJ de căldură. Determinați volumul (l) de dioxid de sulf eliberat (n.a.s.). (Notați numărul la cel mai apropiat număr întreg.)
Soluţie
În conformitate cu ecuația reacției termochimice, formarea a 8 moli de SO 2 eliberează 3310 kJ de căldură. În cazul nostru, s-au eliberat 1655 kJ de căldură. Fie cantitatea de substanță SO 2 formată în acest caz să fie egală cu x mol. Atunci este valabilă următoarea proporție:
8 mol S02 - 3310 kJ
x mol S02 - 1655 kJ
Din care rezultă ecuația:
8 / x = 3310 / 1655
Rezolvând care, aflăm că:
Astfel, cantitatea de substanță SO2 formată în acest caz este de 4 moli. Prin urmare, volumul său este:
V (SO 2) \u003d V m ∙ n (SO 2) \u003d 22,4 l / mol ∙ 4 mol \u003d 89,6 l ≈ 90 l(rotunjiți la numere întregi, deoarece acest lucru este necesar în condiție.)
Pot fi găsite probleme mai analizate cu privire la efectul termic al unei reacții chimice.
Efectul termic al reacției cantitatea de căldură eliberată sau absorbită de un sistem ca urmare a unei reacții chimice. Poate fi Н (P, T = const) sau U (V, T = const).
Dacă se eliberează căldură ca rezultat al reacției, de ex. entalpia sistemului scade ( H 0 ), atunci reacția se numește exotermic.
Reacții însoțite de absorbția de căldură, adică. cu o creștere a entalpiei sistemului ( H 0), se numesc e ndotermic.
Ca și alte funcții de stare, entalpia depinde de cantitatea de materie, deci valoarea acesteia este ( H) de obicei referit la 1 mol dintr-o substanță și exprimat în kJ/mol.
De obicei, funcțiile sistemului sunt determinate de conditii standard, care, pe lângă parametrii stării standard, include temperatura standard T = 298,15 K (25C). Adesea, temperatura este indicată ca indice ().
5.3. Ecuații termochimice
Ecuații ale reacțiilor termochimice ecuaţii în care sunt indicate efectul termic, condiţiile de reacţie şi stările agregate ale substanţelor. De obicei, entalpia de reacție este indicată ca efect termic. De exemplu,
C (grafit) + O 2 (gaz) \u003d CO 2 (gaz), H 0 298 \u003d -396 kJ.
Efectul termic poate fi scris în ecuația reacției:
C (grafit) + O 2 (gaz) = CO 2 (gaz) + 396 kJ.
În termodinamica chimică, prima formă de scriere este folosită mai des.
Caracteristicile ecuațiilor termochimice.
1. Efectul termic depinde de masa reactantului, deci
prin urmare, se calculează de obicei pe mol de substanță. În acest sens, în ecuațiile termochimice, se poate folosi cote fracționale. De exemplu, pentru cazul formării unui mol de acid clorhidric, ecuația termochimică se scrie după cum urmează:
½H 2 + ½Cl 2 = HCl, H 0 298 = -92 kJ
sau H 2 + Cl 2 \u003d 2HСl, H 0 298 \u003d -184 kJ.
2. Efectele termice depind de starea de agregare a reactanţilor; este indicat în ecuațiile termochimice prin indici: și lichid, G- gazos t solidă sau la - cristalin, R- dizolvat.
De exemplu: H 2 + ½ O 2 \u003d H 2 O (g), H 0 298 \u003d -285,8 kJ.
H 2 + ½ O 2 \u003d H 2 O (g), N 0 298 \u003d -241,8 kJ.
3. Operațiile algebrice pot fi efectuate cu ecuații termochimice (se pot adăuga, scădea, înmulți cu orice coeficienți împreună cu efectul termic).
Ecuațiile termochimice reflectă modificările care au loc în timpul reacției mai pe deplin decât cele obișnuite - ele arată nu numai compoziția calitativă și cantitativă a reactanților și a produselor, ci și transformările cantitative de energie care însoțesc această reacție.
5.4. Legea lui Hess și consecințele ei
Calculele termochimice se bazează pe legea descoperită de omul de știință rus G. I. Hess (1841). Esența sa este următoarea: efectul termic al unei reacții chimice depinde numai de starea inițială și finală a sistemului, dar nu depinde de viteza și calea procesului, adică de numărul de etape intermediare. Aceasta înseamnă, în special, că reacțiile termochimice pot fi adăugate împreună cu efectele lor termice. De exemplu, formarea CO 2 din carbon și oxigen poate fi reprezentată prin următoarea schemă:
C+O 2 H 1 ASA DE 2 1. C (grafic.) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), H 0 1 \u003d -396 kJ.
2. C (grafic) + 1/2O 2 (g) = CO (g), Н 0 2 = X kJ.
N 2 N 3
3. CO (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g), H 0 3 \u003d -285,5 kJ.
CO+½ O 2
Toate aceste trei procese sunt utilizate pe scară largă în practică. După cum se știe, efectele termice ale formării CO 2 (H 1) și ale arderii CO (H 3) sunt determinate experimental. Efectul termic al formării CO (Н 2) nu poate fi măsurat experimental, deoarece în timpul arderii carbonului în condiții de lipsă de oxigen se formează un amestec de CO și CO 2. Dar se poate calcula entalpia reacției de formare a CO din substanțe simple.
Din legea lui Hess rezultă că H 0 1 = H 0 2 + H 0 3 . Prin urmare,
H 0 2 = H 0 1 H 0 3 = 396 (285,5) = 110,5 (kJ) - aceasta este valoarea adevărată
Astfel, folosind legea Hess, este posibil să găsim căldura reacțiilor care nu poate fi determinată experimental.
Două corolare ale legii Hess sunt utilizate pe scară largă în calculele termochimice. Conform primei, efectul termic al reacției este egal cu suma entalpiilor de formare a produselor de reacție minus suma entalpiilor de formare a substanțelor inițiale (reactivi).
H 0 x.r. = n prod · H 0 ƒ prod - n ref · H 0 ƒ reactivi ,
unde n este cantitatea de substanță; N 0 ƒ entalpia standard (caldura) de formare a unei substante.
Efectul termic al reacției de formare a 1 mol dintr-o substanță complexă din substanțe simple, determinat în condiții standard, se numește entalpia standard de formare a acestei substanțe (Н 0 imagine sau Н 0 ƒ kJ / mol).
Deoarece este imposibil să se determine entalpia absolută a unei substanțe, pentru măsurători și calcule este necesar să se determine originea, adică sistemul și condițiile pentru care este luată valoarea : Н = 0. În termodinamică, stările substanţelor simple în formele lor cele mai stabile la conditii normale- in stare standard.
De exemplu: Н 0 ƒ (О 2) = 0, dar Н 0 ƒ (О 3) = 142,3 kJ / mol. Entalpiile standard de formare sunt definite pentru multe substanțe și sunt enumerate în cărțile de referință (Tabelul 5.1).
În termeni generali, pentru reacția аА+ вВ = сС + dD, entalpia, conform primului corolar, este determinată de ecuația:
H 0 298 x.r. \u003d (cН 0 ƒ, C + dН 0 ƒ, E) (аH 0 ƒ, A + вH 0 ƒ, B).
A doua consecință a legii lui Hess se aplică substanțelor organice. Efectul termic al unei reacții care implică substanțe organice este egal cu suma căldurilor de ardere ale reactanților minus căldurile de ardere ale produselor.
În acest caz, căldura de ardere este determinată prin ipoteza totală
ardere: carbonul este oxidat la CO 2, hidrogen - la H 2 O, azot - la N 2.
Efectul termic al reacției de oxidare a oxigenului a elementelor care alcătuiesc substanța la formarea oxizilor superiori se numește căldura de ardere a acestei substanţe(Н 0 sg.). Este evident că valorile calorice ale O 2 , CO 2 , H 2 O, N 2 sunt considerate a fi zero.
Tabelul 5.1
Constantele termodinamice ale unor substanţe
|
Substanţă |
Н 0 f, 298, kJ/mol |
S0298, J/molK |
G 0 f , 298 , kJ/mol |
Substanţă |
Н 0 f , 298, kJ/mol |
J/molK |
G 0 f , 298 , |
|
C (grafit) | |||||||
De exemplu, căldura de ardere a etanolului
C 2 H 5 OH (g) + 3O 2 \u003d 2CO 2 + 3H 2 O (g)
H 0 rece \u003d H 0 cg (C 2 H 5 OH) \u003d 2H 0 ƒ, (CO 2) + 3H 0 ƒ, (H 2 O) H 0 ƒ, (C 2 H 5 OH) .
Н 0 cg (C 2 H 5 OH) \u003d 2 (393,5) + 3 (241,8) - (277,7) \u003d -1234,7 kJ / mol.
Valorile puterilor calorice sunt date și în cărțile de referință.
Exemplul 1 Determinați efectul termic al reacției de deshidratare a etanolului dacă
H 0 cg (C 2 H 4) \u003d1422,8; H 0 cg (H 2 O) \u003d 0; Н 0 cg (C 2 H 5 OH) =1234,7 (kJ / mol).
Soluţie. Să scriem reacția: C 2 H 5 OH (g) \u003d C 2 H 4 + H 2 O.
Conform celui de-al doilea corolar, determinăm efectul termic al reacției în funcție de căldurile de ardere, care sunt date în cartea de referință:
H 0 298 x.r = H 0 cg (C 2 H 5 OH) H 0 cg (C 2 H 4) H 0 cg (H 2 O) =
1234,7 + 1422,8 = 188,1 kJ/mol.
În tehnologie pentru a caracteriza calitățile termice anumite tipuri combustibilii le folosesc de obicei valoare calorica.
Valoare calorica combustibilul se numește efect termic, care corespunde arderii unei unități de masă (1 kg) pentru combustibilii solizi și lichizi sau a unei unități de volum (1 m 3) pentru combustibilul gazos (Tabelul 5.2).
Tabelul 5.2
Puterea calorică și compoziția unora
tipuri comune de combustibil
|
valoare calorica, |
||||
|
oxigen | ||||
|
Antracit* | ||||
|
Copac. cărbune | ||||
|
Natural gaz | ||||
|
Ulei brut | ||||
* Antracit - cărbune cu un conținut maxim de carbon (94-96%).
Hidrogenul este cel mai eficient purtător de energie chimică pentru energie, transport și tehnologie viitoare, întrucât are o putere calorică foarte mare (Tabelul 4.2), este relativ ușor de transportat, iar atunci când este ars, se formează doar apă, adică. este un combustibil „curat”, nu produce poluare a aerului. Cu toate acestea, utilizarea sa pe scară largă ca sursă de energie este împiedicată de conținutul prea scăzut de hidrogen din natură în stare liberă. Cel mai Hidrogenul este produs prin descompunerea apei sau a hidrocarburilor. Cu toate acestea, o astfel de descompunere necesită o cheltuială mare de energie și, în practică, din cauza pierderilor de căldură, trebuie cheltuită mai multă energie pentru a produce hidrogen decât poate fi obținută atunci. În viitor, dacă este posibil să se creeze surse mari și ieftine de energie (de exemplu, ca urmare a dezvoltării tehnologiei de obținere a energiei nucleare sau solare), o parte din aceasta va fi folosită pentru a produce hidrogen. Mulți oameni de știință sunt convinși că energia viitorului este energia hidrogenului.
Cu ajutorul legii lui Hess si a consecintelor acesteia se pot determina multe marimi, inclusiv cele nedeterminate experimental, daca reactia corespunzatoare marimii necunoscute se poate obtine prin adaugarea altor reactii cu caracteristici cunoscute.
Exemplul 2 Pe baza puterii calorice a CH 4 (Н 0 cg = -890 kJ / mol) și H 2 (Н 0 cg = -286 kJ / mol), se calculează puterea calorică a unui gaz care conține 60% hidrogen și 40% metan CH4.
Soluţie. Să notăm ecuațiile termochimice ale reacțiilor de ardere:
1) H 2 +½O 2 \u003d H 2 O (l); H 0 f (H 2 O) \u003d -286 kJ / mol;
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O (g); H 0 2
H 0 2 \u003d H 0 ƒ, (CO 2) + 2H 0 ƒ, (H 2 0)H 0 ƒ, (CH 4) \u003d3932. 286 + 75 = -890 kJ/mol.
1 m 3 de gaz conține 600 l de H 2 și 400 l de CH 4, care este H 2 și CH 4. Puterea calorică a gazului va fi:
kJ/m3.
Exemplul 3 Folosind datele din tabelul 5.1, calculați efectul termic al reacției de ardere a etilenei: C 2 H 4 + 3O 2 \u003d 2CO 2 + 2H 2 O (g).
Soluţie. Din tabelul 5.1 scriem valorile entalpiilor de formare a substanțelor implicate în reacție (în kJ / mol):
H 0 ƒ, co 2 \u003d393,5; H 0 ƒ, s 2 n 4 \u003d 52,3; H 0 ƒ, n 2 o \u003d241,8.
(Reamintim că entalpia de formare a substanțelor simple este zero.)
Conform corolarului din legea Hess (4.4):
H 0 298 x.r =n prod · Н 0 ƒ , prod n ref · Н 0 ƒ , ref = 2Н 0 ƒ , с 2 + 2Н 0 ƒ , н 2 оН 0 ƒ , s 2 n 4 =
2. (-393,5) + 2 . (241,8)52,3 =1322,9 kJ.
Exemplul 4 Pe baza efectului termic al reacției
3CaO (t) + P 2 O 5 (t) \u003d Ca 3 (RO 4) 2 (t), H 0 \u003d -739 kJ,
determina entalpia de formare a ortofosfatului de calciu.
Soluţie. Conform corolarului legii lui Hess:
H 0 298 x.r = Н 0 ƒ, Ca 3 (PO 4) 2 (3Н 0 ƒ, CaO + Н 0 ƒ, P 2 O 5).
Din Tabel. 4.1: Н 0 ƒ, (CaO) =635,5;Н 0 ƒ, (P 2 O 5)=1492 (kJ/mol).
Н 0 ƒ, Ca 3 (PO 4) 2 =739 + 3. (635,5)1492 =4137,5 kJ/mol.
Exemplul 5 Scrieți o ecuație termochimică pentru reacția de ardere a sulfului solid în N 2 O, dacă se știe că arderea a 16 g de sulf eliberează 66,9 kJ de căldură (se presupune că la măsurarea căldurii, temperatura produselor scade la temperatura reactanților, egală cu 298 K).
Soluţie. Pentru a scrie ecuația termochimică, este necesar să se calculeze efectul termic al reacției:
S (t) + 2N 2 O (g) \u003d SO 2 (g) + 2N 2 (g); H 0 \u003d X kJ.
În funcție de starea problemei, se știe că în timpul arderii a 16 g de sulf se eliberează 66,9 kJ și 32 g de sulf participă la reacție. Facem o proporție:
16g 66,9 kJ
32g X kJ X = 133,8 kJ.
Astfel, ecuația termochimică se scrie după cum urmează:
S (t) + 2N 2 O (g) \u003d SO 2 (g) + 2N 2 (g), H 0 x..r. = -133,8 kJ.
(Deoarece căldura este eliberată, reacția este exotermă, Н 0 0).
Exemplul 6 Ce cantitate de căldură va fi eliberată atunci când 5,6 litri de hidrogen sunt combinați cu clor (n.a.), dacă entalpia de formare a acidului clorhidric este de -91,8 kJ/mol (temperatura produselor și reactivilor este de 25С).
Soluţie.Н 0 ƒ, (HCl) \u003d -91,8 kJ / mol, aceasta înseamnă că atunci când se formează un mol de HCl din substanțe simple, se eliberează 91,8 kJ de căldură, ceea ce corespunde ecuației termochimice:
½Cl 2 +½ H 2 \u003d HCl, H 0 ƒ \u003d -91,8 kJ.
Din ecuație se poate observa că pentru a obține 1 mol de HCl, se consumă 0,5 moli de H 2, adică 0,5 22,4 l \u003d 11,2 l. Facem o proporție:
11,2 l 91,8 kJ
5,6 l XX = 45,19 kJ.
Răspuns: Se vor degaja 45,19 kJ de căldură.
Exemplul 7 Determinați entalpia de formare a oxidului de fier (III), pe baza a trei ecuații termochimice (nu folosiți cartea de referință):
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2, Н 0 1 \u003d -26,5 kJ;
C (grafit) +½O 2 \u003d CO, H 0 2 \u003d -110,4 kJ;
CO 2 \u003d C (grafit) + O 2, H 0 3 \u003d + 393,3 kJ.
Soluţie: Să scriem ecuația, al cărei efect termic trebuie determinat:
4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; N 0 4 \u003d 2X kJ.
Pentru a obține a patra din primele trei ecuații, trebuie să înmulțim ecuația 1) cu (2), iar ecuațiile 2) și 3) cu (6) și să adăugăm:
1) 4Fe + 6CO 2 = 2Fe 2 O 3 + 6CO, Н 0 1 = 2 (+26,5) kJ;
2) 6CO \u003d 6С (grafit) + 3O 2, Н 0 2 \u003d 6 (+110,4) kJ;
3) 6C (grafit) + 6O 2 = 6СO 2, Н 0 3 = 6 (393,3) kJ;
N 0 4 = 2N 0 1 + 6N 0 2 + 6N 0 3 = +53 + 662,42359,8 =1644,4 kJ.
Prin urmare Н 0 ƒ (Fe 2 O 3) =822,2 kJ/mol.
Introducere
Efectele termice ale reacțiilor chimice sunt necesare pentru multe calcule tehnice. Ei găsesc o aplicație largă în multe industrii, precum și în dezvoltările militare.
Acest termen de hârtie este studiul aplicării practice a efectului termic. Vom lua în considerare câteva opțiuni pentru utilizarea sa și vom afla cât de important este să folosim efectele termice ale reacțiilor chimice în contextul dezvoltării tehnologiilor moderne.
Efectul termic al unei reacții chimice
Fiecare substanță are o anumită cantitate de energie stocată în ea. Întâlnim această proprietate a substanțelor deja la micul dejun, prânz sau cină, deoarece produsele alimentare permit organismului nostru să folosească energia unei varietăți mari de compuși chimici conținute în alimente. În organism, această energie este transformată în mișcare, muncă și este folosită pentru a menține o temperatură constantă (și destul de ridicată!) a corpului.
Unul dintre cei mai faimoși oameni de știință care lucrează în domeniul termochimiei este Berthelot. Berthelot este profesor de chimie la Școala Superioară de Farmaceutică din Paris (1859). Ministrul Educației și Afacerilor Externe.
Începând cu 1865, Berthelot a fost implicat activ în termochimie, a efectuat studii calorimetrice extinse, care au condus, în special, la inventarea „bombei calorimetrice” (1881); el deține conceptul de reacții „exoterme” și „endoterme”. Berthelot a obținut date extinse despre efectele termice ale unui număr imens de reacții, asupra căldurii de descompunere și de formare a multor substanțe.
Berthelot a investigat acțiunea explozivilor: temperatura exploziei, viteza de ardere și propagarea undei de explozie etc.
Energia compușilor chimici este concentrată în principal în legături chimice. Este nevoie de energie pentru a rupe legătura dintre doi atomi. Când se formează o legătură chimică, se eliberează energie.
Orice reacție chimică constă în ruperea unor legături chimice și formarea altora.
Când în urma unei reacții chimice în timpul formării noilor legături este eliberată mai multă energie decât era necesară pentru a distruge legăturile „vechi” din substanțele originale, atunci excesul de energie este eliberat sub formă de căldură. Reacțiile de ardere sunt un exemplu. De exemplu, gazul natural (metanul CH4) arde în oxigenul atmosferic cu degajarea unei cantități mari de căldură (Fig. 1a). Astfel de reacții sunt exoterme.
Reacțiile care au loc cu eliberarea de căldură prezintă un efect termic pozitiv (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
În alte cazuri, distrugerea legăturilor din substanțele inițiale necesită mai multă energie decât poate fi eliberată în timpul formării de noi legături. Astfel de reacții apar numai atunci când energia este furnizată din exterior și sunt numite endoterme.
Reacții care vin odată cu absorbția căldurii din mediu (Q<0, DH>0), adică cu efect termic negativ, sunt endoterme.
Un exemplu este formarea de monoxid de carbon (II) CO și hidrogen H2 din cărbune și apă, care are loc numai la încălzire (Fig. 1b).
Orez. 1a, b. Reprezentarea reacțiilor chimice folosind modele moleculare: a) reacție exotermă, b) reacție endotermă. Modelele arată clar cum, cu un număr constant de atomi, vechile legături chimice dintre ele sunt distruse și apar noi legături chimice.
Astfel, orice reacție chimică este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie. Cel mai adesea, energia este eliberată sau absorbită sub formă de căldură (mai rar, sub formă de lumină sau energie mecanică). Această căldură poate fi măsurată. Rezultatul măsurării este exprimat în kilojuli (kJ) pentru un mol de reactant sau (mai rar) pentru un mol de produs de reacție. Această cantitate se numește căldură de reacție.
Efect termic - cantitatea de căldură eliberată sau absorbită de un sistem chimic în timpul unei reacții chimice care are loc în acesta.
Efectul termic este notat prin simbolurile Q sau DH (Q = -DH). Valoarea sa corespunde diferenței dintre energiile stărilor inițiale și finale ale reacției:
DH = Hend - Scăzut = Econ.- Eout.
Pictogramele (d), (g) indică starea gazoasă și lichidă a substanțelor. Există, de asemenea, denumiri (tv) sau (k) - o substanță solidă, cristalină, (aq) - o substanță dizolvată în apă etc.
Este importantă desemnarea stării de agregare a unei substanțe. De exemplu, în reacția de ardere a hidrogenului, apa se formează inițial sub formă de abur (stare gazoasă), în timpul condensării căruia se poate elibera ceva mai multă energie. Prin urmare, pentru formarea apei sub formă de lichid, efectul termic măsurat al reacției va fi oarecum mai mare decât pentru formarea numai a aburului, deoarece o altă porțiune de căldură va fi eliberată în timpul condensării aburului.
Se folosește și un caz special al efectului termic al reacției - căldura de ardere. Din numele însuși reiese clar că căldura de ardere servește la caracterizarea substanței folosite ca combustibil. Căldura de ardere se referă la 1 mol dintr-o substanță care este un combustibil (un agent reducător într-o reacție de oxidare), de exemplu:
|
acetilenă |
puterea calorică a acetilenei |
Energia (E) stocată în molecule poate fi reprezentată pe o scară de energie. În acest caz, efectul termic al reacției ( E) poate fi prezentat grafic (Fig. 2).
Orez. 2. Reprezentarea grafică a efectului termic (Q = E): a) reacția exotermă de ardere a hidrogenului; b) reacție endotermă de descompunere a apei sub influența curentului electric. Coordonata de reacție (axa orizontală a graficului) poate fi considerată, de exemplu, ca grad de conversie a substanțelor (100% - conversia completă a materiilor prime).
Ecuații ale reacțiilor chimice
Ecuațiile reacțiilor chimice, în care, împreună cu reactanții și produșii, se scrie și efectul termic al reacției, se numesc ecuații termochimice.
O caracteristică a ecuațiilor termochimice este că atunci când se lucrează cu ele, este posibil să se transfere formulele substanțelor și mărimile efectelor termice dintr-o parte a ecuației în alta. De regulă, este imposibil să faci acest lucru cu ecuațiile obișnuite ale reacțiilor chimice.
Adunarea și scăderea în termeni a ecuațiilor termochimice sunt de asemenea permise. Acest lucru poate fi necesar pentru a determina efectele termice ale reacțiilor care sunt dificil sau imposibil de măsurat experimental.
Să luăm un exemplu. În laborator, este extrem de dificil să se efectueze „în formă pură„reacția de obținere a metanului CH4 prin combinarea directă a carbonului cu hidrogenul:
C + 2H2 = CH4
Dar puteți afla multe despre această reacție cu ajutorul calculelor. De exemplu, aflați dacă această reacție va fi exotermă sau endotermă și chiar cuantificați magnitudinea efectului termic.
Efectele termice ale reacțiilor de ardere a metanului, carbonului și hidrogenului sunt cunoscute (aceste reacții sunt ușoare):
a) CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (l) + 890 kJ
b) C (tv) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 394 kJ
c) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (l) + 572 kJ
Scădeți ultimele două ecuații (b) și (c) din ecuația (a). Părțile din stânga ecuațiilor vor fi scăzute din stânga, dreapta - din dreapta. În acest caz, toate moleculele de O 2 , CO 2 și H 2 O vor fi reduse. Se obține:
CH 4 (g) - C (tv) - 2H 2 (g) \u003d (890 - 394 - 572) kJ \u003d -76 kJ
Această ecuație pare oarecum neobișnuită. Înmulțiți ambele părți ale ecuației cu (-1) și mutați CH 4 în partea dreaptă cu semnul opus. Obținem ecuația de care avem nevoie pentru formarea metanului din cărbune și hidrogen:
C (tv) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol
Deci, calculele noastre au arătat că efectul termic al formării metanului din carbon și hidrogen este de 76 kJ (per mol de metan), iar acest proces trebuie să fie exotermic (energie va fi eliberată în această reacție).
Este important să acordăm atenție faptului că numai substanțele care se află în aceleași stări agregate pot fi adăugate, scăzute și reduse termen cu termen în ecuații termochimice, altfel vom greși în determinarea efectului termic prin căldura de tranziție de la de la o stare agregată la alta.
Legile de bază ale termochimiei
Ramura chimiei care studiază transformarea energiei în reacții chimice se numește termochimie.
Există două cele mai importante legi ale termochimiei. Prima dintre ele, legea Lavoisier-Laplace, este formulată după cum urmează:
Efectul termic al reacției directe este întotdeauna egal cu efectul termic al reacției inverse cu semnul opus.
Aceasta înseamnă că în timpul formării oricărui compus, aceeași cantitate de energie este eliberată (absorbită) precum este absorbită (eliberată) în timpul dezintegrarii sale în substanțele originale. De exemplu:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 572 kJ (combustie hidrogen în oxigen)
2 H 2 O (l) + 572 kJ \u003d 2H 2 (g) + O 2 (g) (descompunerea apei prin curent electric)
Legea Lavoisier-Laplace este o consecință a legii conservării energiei.
A doua lege a termochimiei a fost formulată în 1840 de academicianul rus G. I. Hess:
Efectul termic al reacției depinde doar de starea inițială și finală a substanțelor și nu depinde de etapele intermediare ale procesului.
Aceasta înseamnă că efectul termic total al unei serii de reacții succesive va fi același cu cel al oricărei alte serii de reacții, dacă la începutul și la sfârșitul acestor serii aceleași substanțe inițiale și finale. Aceste două legi de bază ale termochimiei dau ecuațiilor termochimice o oarecare asemănare cu cele matematice, când în ecuațiile de reacție se pot transfera termeni dintr-o parte în alta, se pot adăuga, scădea și abreviera formule ale compușilor chimici termen cu termen. În acest caz, este necesar să se țină cont de coeficienții din ecuațiile de reacție și să nu uite că molii adaugă, scăzuți sau redusi ai substanței trebuie să fie în aceeași stare de agregare.
Aplicarea efectului termic în practică
Efectele termice ale reacțiilor chimice sunt necesare pentru multe calcule tehnice. De exemplu, luați în considerare puternica rachetă Energia a Rusiei, capabilă să lanseze nave spațiale și alte sarcini utile pe orbită. Motoarele uneia dintre treptele sale funcționează cu gaze lichefiate - hidrogen și oxigen.
Să presupunem că știm munca (în kJ) care va trebui cheltuită pentru a livra o rachetă cu o sarcină de pe suprafața Pământului pe orbită, știm și munca pentru a depăși rezistența aerului și alte costuri de energie în timpul zborului. Cum se calculează cantitatea necesară de hidrogen și oxigen, care (în stare lichefiată) sunt folosite în această rachetă ca combustibil și oxidant?
Fără ajutorul efectului termic al reacției de formare a apei din hidrogen și oxigen, acest lucru este dificil de realizat. La urma urmei, efectul termic este însăși energia care ar trebui să pună racheta pe orbită. În camerele de ardere ale rachetei, această căldură este transformată în energia cinetică a moleculelor de gaz fierbinte (abur), care iese din duze și creează propulsie de jet.
În industria chimică, efectele termice sunt necesare pentru a calcula cantitatea de căldură pentru încălzirea reactoarelor în care au loc reacții endoterme. În sectorul energetic, folosind căldura de ardere a combustibilului, se calculează generarea de energie termică.
Nutriționiștii folosesc efectele termice ale oxidării Produse alimentareîn organism pentru a face dietele potrivite nu numai pentru pacienți, ci și pentru oameni sănătoși - sportivi, lucrători de diferite profesii. În mod tradițional, pentru calcule, aici nu se folosesc jouli, ci alte unități de energie - calorii (1 cal = 4,1868 J). Conținutul energetic al alimentelor se referă la o anumită masă de produse alimentare: la 1 g, la 100 g sau chiar la ambalajul standard al produsului. De exemplu, pe eticheta unui borcan de lapte condensat, puteți citi următoarea inscripție: „conținut caloric 320 kcal / 100 g”.
Efectul termic este calculat la primirea monometilanilinei, care aparține clasei de amine aromatice substituite. Domeniul principal de aplicare a monometilanilinei este un aditiv antidetonant pentru benzine. Este posibilă utilizarea monometilanilinei în producția de coloranți. Monometilanilina de marfă (N-metilanilina) este separată de catalizat prin distilare periodică sau continuă. Efectul termic al reacției ∆Н= -14±5 kJ/mol.
Acoperiri rezistente la căldură
Dezvoltarea tehnologiei de înaltă temperatură necesită crearea unor materiale deosebit de rezistente la căldură. Această problemă poate fi rezolvată folosind metale refractare și rezistente la căldură. Acoperirile intermetalice atrag din ce în ce mai multă atenție deoarece au multe calități valoroase: rezistență la oxidare, topituri agresive, rezistență la căldură etc. De interes este și exotermicitatea semnificativă a formării acestor compuși din elementele lor constitutive. Există două moduri de a utiliza exotermicitatea reacției pentru formarea de compuși intermetalici. Prima este producerea de pulberi compozite, cu două straturi. Când sunt încălzite, componentele pulberii interacționează, iar căldura reacției exoterme compensează răcirea particulelor care ajung la suprafața protejată într-o stare complet topită și formează o acoperire cu porozitate scăzută care este ferm lipită de bază. O altă variantă ar fi aplicarea unui amestec mecanic de pulberi. Cu o încălzire suficientă a particulelor, acestea interacționează deja în stratul de acoperire. Dacă amploarea efectului termic este semnificativă, atunci aceasta poate duce la autotopirea stratului de acoperire, formarea unui strat de difuzie intermediar care mărește rezistența de aderență și formarea unei structuri densă, cu poros scăzute. Atunci când alegeți o compoziție care formează un strat intermetalic cu un efect termic mare și care are multe calități valoroase - rezistență la coroziune, rezistență suficientă la căldură și rezistență la uzură, atrag atenția aluminurile de nichel, în special NiAl și Ni 3Al. Formarea NiAl este însoțită de efectul termic maxim.
Metoda termochimică de prelucrare a diamantelor
Metoda „termochimică” și-a primit numele datorită faptului că se desfășoară la temperaturi ridicate și se bazează pe utilizarea proprietăților chimice ale diamantului. Metoda se desfășoară după cum urmează: diamantul este adus în contact cu un metal capabil să dizolve carbonul în sine, iar pentru ca procesul de dizolvare sau prelucrare să se desfășoare continuu, se realizează într-o atmosferă de gaz care interacționează cu carbonul dizolvat. în metal, dar nu reacționează direct cu diamantul. În acest proces, amploarea efectului termic capătă o valoare ridicată.
Pentru a determina condițiile optime pentru prelucrarea termochimică a diamantului și pentru a identifica posibilitățile metodei, a fost necesar să se studieze mecanismele anumitor procese chimice, care, după cum a arătat analiza literaturii de specialitate, nu au fost deloc studiate. Un studiu mai specific al prelucrării termochimice a diamantului a fost îngreunat, în primul rând, de cunoașterea insuficientă a proprietăților diamantului în sine. Le era frică să-l strice cu căldură. Studiile privind stabilitatea termică a diamantului au fost efectuate doar în ultimele decenii. S-a stabilit că diamantele care nu conțin incluziuni într-o atmosferă neutră sau în vid pot fi încălzite fără nici un rău pentru ele până la 1850 "C", și doar mai mult.
Diamantul este cel mai bun material pentru lame datorită durității sale unice, rezistenței și frecării scăzute împotriva țesuturilor biologice. Operarea cu cuțite de diamant facilitează operațiile, reduce timpul de vindecare a inciziilor de 2-3 ori. Potrivit microchirurgilor Centrului științific și tehnic de microchirurgie oculară din Moscova, cuțitele ascuțite prin metoda termochimică nu sunt doar nu inferioare, ci și superioare ca calitate față de cele mai bune probe străine. Cuțitele ascuțite termochimic au efectuat deja mii de operații. Cuțitele de diamant de diferite configurații și dimensiuni pot fi utilizate în alte domenii ale medicinei și biologiei. Deci, pentru fabricarea preparatelor în microscopia electronică, se folosesc microtomi. Rezoluția înaltă a microscopului electronic impune cerințe speciale privind grosimea și calitatea secțiunii specimenelor. Microtomele diamantate, ascuțite prin metoda termochimică, vă permit să realizați secțiuni de calitatea dorită.
Materii prime tehnogene pentru producerea cimentului
Intensificarea în continuare a producției de ciment implică introducerea pe scară largă a tehnologiilor de economisire a energiei și a resurselor folosind deșeuri din diverse industrii.
În timpul prelucrării minereurilor de skarn-magnetită, sunt eliberate sterile de separare magnetică uscată (SMS), care sunt materiale asemănătoare pietrei zdrobite cu o dimensiune a granulelor de până la 25 mm. sterilul CMC are o compoziție chimică destul de stabilă, % în greutate:
SiO2 40...45,
Al 2 O 3 10…12,
Fe 2 O 3 15…17,
CaO 12…13,
MgO 5...6,
A fost demonstrată posibilitatea utilizării sterilului CMC în producția de clincher de ciment Portland. Cimenturile rezultate se caracterizează prin proprietăți de rezistență ridicată.
Efectul termic al formării clincherului (TEC) este definit ca suma algebrică a căldurilor proceselor endoterme (decarbonizarea calcarului, deshidratarea mineralelor argiloase, formarea unei faze lichide) și a reacțiilor exoterme (oxidarea piritei introdusă de sterilul CMC, formarea). a fazelor de clincher).
Principalele avantaje ale utilizării deșeurilor de îmbogățire cu minereu de skarn-magnetită în producția de ciment sunt:
Extinderea bazei de materie primă în detrimentul unei surse tehnologice;
Economisirea materiilor prime naturale menținând în același timp calitatea cimentului;
Reducerea costurilor cu combustibil și energie pentru arderea clincherului;
Posibilitate de producere a clincherului activ cu energie scăzută;
Rezolvarea problemelor de mediu prin eliminarea rațională a deșeurilor și reducerea emisiilor de gaze în atmosferă în timpul arderii clincherului.
Biosenzori
Biosenzorii sunt senzori bazați pe enzime imobilizate. Vă permite să analizați rapid și eficient amestecuri complexe de substanțe multicomponente. În prezent, acestea sunt din ce în ce mai utilizate într-o serie de ramuri ale științei, industriei, agriculturii și îngrijirii sănătății. Cele mai recente realizări în domeniul enzimologiei și enzimologiei ingineriei au servit drept bază pentru crearea sistemelor automate de analiză enzimatică. Calitățile unice ale enzimelor - specificitatea de acțiune și activitate catalitică ridicată - contribuie la simplitatea și sensibilitatea ridicată a acestei metode analitice, iar un număr mare de enzime cunoscute și studiate până în prezent ne permit să extindem în mod constant lista de substanțe analizate.
Senzori microcalorimetrici enzimatici - folosesc efectul termic al unei reactii enzimatice. Este format din două coloane (măsurare și control) umplute cu un purtător cu o enzimă imobilizată și echipate cu termistori. Când proba analizată este trecută prin coloana de măsurare, are loc o reacție chimică, care este însoțită de un efect termic înregistrat. Acest tip de senzor este interesant pentru versatilitatea sa.
Concluzie
Deci, după analizarea aplicării practice a efectului termic al reacțiilor chimice, putem concluziona că efectul termic este strâns legat de viața noastră de zi cu zi, este supus cercetărilor constante și găsește noi aplicații în practică.
Odată cu dezvoltarea tehnologiilor moderne, efectul cald și-a găsit aplicarea în diverse industrii. Industria chimică, militară, construcții, alimentară, minerit și multe alte industrii folosesc efectul termic în dezvoltarea lor. Este utilizat în motoarele cu ardere internă, refrigerare și diferite dispozitive de ardere, precum și în producția de instrumente chirurgicale, acoperiri rezistente la căldură, noi tipuri de materiale de construcție și așa mai departe.
În condițiile moderne ale științei în continuă dezvoltare, asistăm la apariția a tot mai multe dezvoltări și descoperiri noi în domeniul producției. Aceasta implică din ce în ce mai multe noi domenii de aplicare a efectului termic al reacțiilor chimice.
Chernykh E. A.
Bibliografie
Musabekov Yu. S., Marselin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.
Brevet 852586 Federația Rusă. MKI V 28 D 5/00. Metoda de prelucrare dimensională a diamantului /A.P.Grigoriev, S.Kh.Lifshits, P.P.Shamaev (Federația Rusă). - 2 s.
