Lassen Sie uns darüber sprechen, was die Formationswärme ist, und auch die Bedingungen definieren, die als Standard bezeichnet werden. Um dieses Problem zu verstehen, werden wir die Unterschiede zwischen einfachen und komplexen Substanzen herausfinden. Betrachten Sie spezifische chemische Gleichungen, um das Konzept der "Bildungswärme" zu festigen.
Standardbildungsenthalpie von Stoffen
Bei der Reaktion der Wechselwirkung von Kohlenstoff mit gasförmigem Wasserstoff werden 76 kJ Energie freigesetzt. In diesem Fall ist diese Zahl der thermische Effekt einer chemischen Reaktion. Das ist aber auch die Bildungswärme eines Methanmoleküls aus einfachen Stoffen. "Wieso den?" - du fragst. Dies liegt daran, dass die Ausgangskomponenten Kohlenstoff und Wasserstoff waren. 76 kJ / mol wird die Energie sein, die Chemiker die "Bildungswärme" nennen.
Datentabellen
In der Thermochemie gibt es zahlreiche Tabellen, die die Bildungswärmen verschiedener Chemikalien aus einfachen Stoffen angeben. Zum Beispiel die Bildungswärme eines Stoffes mit der Formel CO2 im gasförmigen Zustandhat einen Index von 393,5 kJ/mol.
Praxiswert
Warum brauchen wir diese Werte? Die Bildungswärme ist ein Wert, der zur Berechnung der Wärmewirkung eines chemischen Prozesses verwendet wird. Um solche Berechnungen durchführen zu können, ist die Anwendung des thermochemischen Gesetzes erforderlich.
Thermochemie
Er ist das Grundgesetz, das die im Ablauf einer chemischen Reaktion beobachteten Energieprozesse erklärt. Während der Wechselwirkung werden im reagierenden System qualitative Umwandlungen beobachtet. Einige Substanzen verschwinden, stattdessen kommen neue Komponenten hinzu. Ein solcher Vorgang geht mit einer Veränderung des inneren Energiesystems einher, die sich in Form von Arbeit oder Wärme manifestiert. Die mit der Expansion verbundene Arbeit hat einen minimalen Indikator für chemische Umwandlungen. Die bei der Umwandlung einer Komponente in eine andere Substanz freigesetzte Wärme kann groß sein.
Wenn wir eine Vielzahl von Umwandlungen betrachten, gibt es bei fast allen eine Aufnahme oder Abgabe einer bestimmten Wärmemenge. Um die auftretenden Phänomene zu erklären, wurde ein spezieller Abschnitt geschaffen - Thermochemie.
Hesssches Gesetz
Dank des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik wurde es möglich, den thermischen Effekt in Abhängigkeit von den Bedingungen einer chemischen Reaktion zu berechnen. Die Berechnungen basieren auf dem Grundgesetz der Thermochemie, nämlich dem Hess-Gesetz. Wir geben seine Formulierung: die thermische Wirkung einer chemischen Umwandlungmit der Natur, dem Anfangs- und Endzustand der Materie verbunden, nicht mit der Art und Weise, wie die Interaktion durchgeführt wird.
Was folgt aus dieser Formulierung? Um ein bestimmtes Produkt zu erh alten, muss nicht nur eine Interaktionsmöglichkeit genutzt werden, sondern die Reaktion kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Unabhängig davon, wie Sie die gewünschte Substanz erh alten, wird der thermische Effekt des Prozesses in jedem Fall den gleichen Wert haben. Um sie zu bestimmen, müssen die thermischen Effekte aller Zwischenumwandlungen aufsummiert werden. Dank des Hessschen Gesetzes wurde es möglich, Berechnungen numerischer Indikatoren für thermische Effekte durchzuführen, was in einem Kalorimeter nicht möglich ist. Zum Beispiel wird die Bildungswärme der Kohlenmonoxid-Substanz nach dem Hessschen Gesetz quantitativ berechnet, aber Sie werden sie nicht durch gewöhnliche Experimente bestimmen können. Deshalb sind spezielle thermochemische Tabellen so wichtig, in denen Zahlenwerte für verschiedene Stoffe eingetragen sind, ermittelt unter Normbedingungen
Wichtige Punkte bei Berechnungen
Da die Bildungswärme der thermische Effekt der Reaktion ist, kommt dem Aggregatzustand des jeweiligen Stoffes eine besondere Bedeutung zu. Beispielsweise ist es üblich, bei Messungen eher Graphit als Diamant als Standardzustand von Kohlenstoff zu betrachten. Dabei werden auch Druck und Temperatur berücksichtigt, also die Bedingungen, unter denen sich die reagierenden Komponenten anfänglich befanden. Diese physikalischen Größen können die Wechselwirkung erheblich beeinflussen, den Energiewert erhöhen oder verringern. Für grundlegende BerechnungenThermochemie ist es üblich, spezifische Indikatoren für Druck und Temperatur zu verwenden.
Standardkonditionen
Da die Bildungswärme eines Stoffes die Bestimmung der Größe der Energiewirkung unter Normbedingungen ist, werden wir sie gesondert hervorheben. Die Temperatur für Berechnungen wird 298 K (25 Grad Celsius), Druck - 1 Atmosphäre gewählt. Ein weiterer wichtiger Punkt, den es zu beachten gilt, ist die Tatsache, dass die Bildungswärme für alle einfachen Substanzen null ist. Das ist logisch, denn einfache Substanzen bilden sich nicht von selbst, d.h. es gibt keinen Energieaufwand für ihre Bildung.
Elemente der Thermochemie
Dieser Bereich der modernen Chemie ist von besonderer Bedeutung, denn hier werden wichtige Berechnungen durchgeführt, spezifische Ergebnisse erzielt, die in der thermischen Energietechnik genutzt werden. In der Thermochemie gibt es viele Konzepte und Begriffe, die wichtig sind, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die Enthalpie (ΔH) zeigt an, dass die chemische Wechselwirkung in einem geschlossenen System stattfand, es keinen Einfluss auf die Reaktion durch andere Reagenzien gab, der Druck konstant war. Diese Klarstellung ermöglicht es uns, über die Genauigkeit der durchgeführten Berechnungen zu sprechen.
Je nachdem, welche Art von Reaktion betrachtet wird, können Größe und Vorzeichen des resultierenden thermischen Effekts erheblich variieren. Bei allen Umwandlungen, bei denen ein komplexer Stoff in mehrere einfachere Bestandteile zerlegt wird, wird also Wärmeaufnahme angenommen. Begleitet werden die Reaktionen der Vereinigung vieler Ausgangsstoffe zu einem komplexeren Produktdabei wird eine beträchtliche Menge an Energie freigesetzt.
Schlussfolgerung
Bei der Lösung eines thermochemischen Problems wird der gleiche Aktionsalgorithmus verwendet. Zunächst wird gemäß der Tabelle für jede Ausgangskomponente sowie für die Reaktionsprodukte der Wert der Bildungswärme bestimmt, wobei der Aggregatzustand nicht zu vergessen ist. Außerdem stellen sie, bewaffnet mit dem Hessschen Gesetz, eine Gleichung auf, um den gewünschten Wert zu bestimmen.
Besonderes Augenmerk sollte auf die Berücksichtigung der stereochemischen Koeffizienten gelegt werden, die in einer bestimmten Gleichung vor den Anfangs- oder Endsubstanzen stehen. Wenn einfache Substanzen in der Reaktion enth alten sind, sind ihre Standardbildungswärmen gleich Null, dh solche Komponenten beeinflussen das in den Berechnungen erh altene Ergebnis nicht. Versuchen wir, die erh altenen Informationen für eine bestimmte Reaktion zu verwenden. Nehmen wir als Beispiel den Prozess der Bildung von reinem Metall aus Eisenoxid (Fe3+) durch Wechselwirkung mit Graphit, dann findet man im Nachschlagewerk die Werte der Standardbildungswärme. Für Eisenoxid (Fe3+) wird es –822,1 kJ/mol sein, für Graphit (ein einfacher Stoff) ist es gleich Null. Als Ergebnis der Reaktion wird Kohlenmonoxid (CO) gebildet, für das dieser Indikator einen Wert von 110,5 kJ / mol hat, und für das freigesetzte Eisen entspricht die Bildungswärme Null. Die Aufzeichnung der Standardbildungswärme einer gegebenen chemischen Wechselwirkung wird wie folgt charakterisiert:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
AnalyseAus dem nach dem Hessschen Gesetz erh altenen numerischen Ergebnis können wir die logische Schlussfolgerung ziehen, dass dieser Prozess eine endotherme Umwandlung ist, d. h. es geht um den Energieaufwand für die Reduktionsreaktion von Eisen aus seinem dreiwertigen Oxid.
