 Reakciók hőeffektusa, hőszínezete, a reakcióhő

(1)

Reakciók hőeffektusa, hőszínezete, a reakcióhő

4( ) 2( ) 2( ) 2 ( )

4

2 2 890

g g g f

CH O CO H O H kJ

mol CH

     

A régi kötések felszakadásához szükséges, ill. az új kötések kialakulásával nyerhető energiák általában nem egyformák; a kémiai reakciós rendszer összenergiája eltérő a kiindulási állapotban és termékként:

E energiaváltozás = E₂ (végállapot) – E₁ (kezdeti állapot) A kémiai rendszerek állandó nyomáson meglévő energiáját,

munkavégzőképességét entalpiának nevezik, és H -val jelölik.

A reakcióhő állandó nyomáson így

Q = H = H₂ – H₁ = H(termékállapot) – H(kiindulási állapot).

Jelentős hőtermelődés!

Sújtólég robbannás!

1 1

, ,

1 1

REAGENSEK T

REAGE

ERMÉ

NSEK TERMÉKEK

KEK

N N

REAGENSEK i j

REAKCIÓ TERMÉKEK

i

N N

i m i j m j

i j

j

Q H H H

n H

H n

H

 

    



 



 

^(H^m,i^{, H}^m,j : moláris entalpiák [kJ/mol])

(2)

4( ) 2( ) 2( ) 2 ( )

4

2 2 890

g g g f

CH O CO H O H kJ

mol CH

     

A hő, a hőmennyiség, reakcióhő fogalmai

2 2 ( ) 4 ( )

3( ) 2 ( ) 2( )

( ) 8 2

2 10 ( )

s s

g f aq

Ba OH H O NH SCN

NH H O Ba SCN

  

  

• A hőmennyiség (Q) definiciója szerint bizonyos

hőmérsékletkülönbség (T) hatására átment energia mennyisége.

• A reakcióhő: a reagáló kémiai rendszer és környezete között kicserélt energiamennyiség.

• Hőszinezet: exoterm (energiatermelő) avagy endoterm (energiaemésztő).

• Exoterm folyamat esetén: a reagáló rendszer energiájának egy része felmelegheti a rendszert, s ha lehetséges a környezetét is. A környezetbe átmenő energiával (Q) csökken a rendszer

összenergiája: Q=H=H2-H₁ < 0. Pl:

• Endoterm folyamat esetén: a reagáló rendszernek több energiára van szüksége, ami lehűtheti magát a rendszert, s ha lehetséges a környezetét is. A környezetből érkező energiával (Q) nő a rendszer összenergiája: Q=H=H2-H₁ > 0. Pl:

(3)

• A hőmennyiség (Q) SI mértékegysége az 1 J (= 1Nm),

hagyományos egysége az 1 cal = 4.184 J. 1 cal (kalória) az a hőmennyiség amely 1 g tiszta víz hőmérsékletét éppen 1°C-kal tudja megemelni. Így a víz fajlagos hőkapacitása éppen

c

_p,víz

= 1 cal/g/°C-nak adódik.

• A reakcióhőmérése reakciós/bomba kaloriméter segítégével:

– Acélfalú bombában történik a reakció, pl. a metán meggyújtása O2

feleslegben.

– A bomba nagytömegű, de jól kevert vízzel telt tartályba merül.

– A reakcióhő felmelegíti a környező vizet, míg a reakciós gázok visszahűlnek.

– A reakcióhő értéke a víz felmelegedésének mértékéből számítható a víztömeg nagyságának és fajlagos hőkapacitásának ismeretében.

A hőmennyiség, reakcióhő mértékegységei, mérése

2 2 2

,

r r p H O H O H O

H Q c m T

     

(4)

A hőmennyiség, ill. reakcióhő mérése kaloriméterrel

,

r r p H O H O H O

H Q c m T

     

(5)

A reakcióhő csupán csak a kezdeti és végállapot energiájától függ és független attól, hogy a reakció milyen úton, milyen részlépéseken, milyen részreakciókon keresztül megy valójában.

Hess-törvénye:

(6)

A reakcióhő csupán csak a kezdeti és végállapot energiájától függ és független attól, hogy a reakció milyen úton, milyen részlépéseken, milyen részreakciókon keresztül megy

valójában.

• Következményei

– Összegzett reakciók reakcióhői összeadódnak, reakció egyenletek kivonása esetén kivonódnak

– A reakcióegyenlet megtöbbszörözése/osztása esetén a reakcióhő is arányosan megtöbbszöröződik/osztódik

– Megfelelő ismert reakcióhőjű reakcióegyenletek

kombinálásával a kombinált egyenleteknek megfelelő reakció esetleg kísérletileg nem, vagy csak nehezen mérhető reakcióhője is számíthatóvá válhat

– Az abszolút értékben nem mérhető entalpiaszintek

egymáshoz képest történő viszonyításával megbízható

Hess-törvénye:

(7)

Standard moláris képződéshőkön alapuló reakcióhő-számítás

• A standard moláris képződéshőket 1mol tiszta (egynemű) anyag standard körülmények között (azaz p=1atm nyomáson, T=25°C=298,15 K

hőmérsékleten) elemeikből (mégpedig a standard körülmények között stabilisabb

módosulatú elemekből) történő képződésének reakcióhőjeként értelmezzük:

és táblázatokba gyűjtjük.

• Definició szerint az elemek standard

körülmények között stabilisabb módosulatainak standard moláris képződéshője éppen zérus:

0,^m

( / )

képződés

H kJ mol



0,

,

0 /

m

elem képződés

H kJ mol

 

(8)

Standard moláris képződéshőkön alapuló reakcióhő- számítás:

2( ) 2( 2( ) 2

0

) )

,

0 /

(

g

m k

g g

H

O épz

kJ

g

O  O   mol O

4( ) 2( ) 2( ) 2 ( )

4

2 2 ?

g g g f

CH O CO H O H kJ

mol CH

    

( , ) 2( ) 4( ) 4( ),

0,

.

75

4( )

2 /

grafi g

m

kép

s g CH z

t g g

C  H  CH  H   kJ mo l C H

2( )

0,

( , ) 2( ) 2( ) , .

393 /

2( )

g

m

ké

grafit s g g CO pz g

C  O  CO  H   kJ m ol C O

2( ) 2( ) 2 ( ) ,

0,

.

28 /

2 ( )

1

^m _kép

6

g g f H O z f

H  O  H O  H   kJ mol H O

Korábbi méréseken alapuló táblázatos ismert standard moláris képződéshők:

0, 0,

, ,

1 1

REAGENSEK TERMÉKEK

N N

m m

j j képz i i képz

RE KCI

j i

A Ó

n

Q H H n H

 

       

(9)

Standard moláris képződéshőkön alapuló reakcióhő- számítás:

4( ) 2( ) 2( ) 2 ( )

4

2 2 ?

g g g f

CH O CO H O H kJ

mol CH

    

   

 

2( ), 2 ( ), 4( ), 2( ),

4

2

0, 0

2

2 2

4

, 0

2 4

0,

2

? ,

1 ( 393 ) 2 ( 286 )

1 ( 75 ) 2 (0 )

393 2( 2 2

86 )

g f g 2 g

m m m m

képz képz képz

CO H O CH O képz

H kJ

mol CH

kJ kJ

mol CO mol H O

kJ kJ

mol CH mol O

mol CH mo

H H H H

l O

kJ kJ

    

 

       

 

 

      



   



   

 



 

4

75 2(0 )

965 ( 75 ) 890 / 890

kJ kJ

kJ kJ kJ egyenlet kJ

mol CH

  

       

0, 0,

, ,

1 1

REAGENSEK TERMÉKEK

N N

m m

j j képz i i képz

RE KCI

j i

A Ó

n

Q H H n H

 

       

Megoldás: a standard moláris képződéshők megfelelő kombinációja: