Chemická termodynamika, kinetika chemických reakcí, chemická rovnováha.doc

3. Chemická termodynamika, kinetika chemických reakcí, chemická rovnováha
a)
Termodynamika = věda, zkoumající energetické změny při chemických reakcích
Soustava = část prostoru, oddělená od okolí
- otevřená - probíhá výměna látek a energií
- uzavřená - probíhá pouze výměna energií
- izolovaná - výměna neprobíhá
Chemická termodynamika se zabývá zejména energetickou bilancí chemických dějů, jejich uskutečnitelností a rovnováhami, které se v reakčních soustavách mohou ustavit. Studuje soustavu jako celek, bez ohledu na strukturu částic.
Termodynamický děj = přechod soustavy z jednoho stavu do druhého.
Termochemie = zabývá se studiem tepelného zabarvení reakcí.
EXOTERMICKÁ reakce = uvolňuje se
ENDOTERMICKÁ reakce = spotřebovává se reakční teplo Q [KJ]
Reakční teplo = ENTALPIE (∆H) = množství tepla, které soustava během reakce (konst. tlak 101,325 kPa) vymění s okolím, vztaženo na 1 mol látky. Hodnotí se počátečný a konečný stav.
exoterm. děje - ∆H < 0 - teplo se vyzářilo do okolí H2 < H1
endoterm. děje - ∆H > 0 - teplo přijaté od okolí H2 > H1
Výchozí stav: H1
Konečný stav: H2 ∆H = H2 - H1 [KJ/mol]
Vratný děj = soustava prochází velkým počtem malých stavových změn, při kterých je stále v rovnováze s okolím. Tento děj lze kdykoliv zastavit a obráceným sledem malých změn vrátit soustavu i okolí do původního stavu.
Nevratný děj = průběh reakce lze zastavit a otočit, ale látky se do původního stavu vrací jinou cestou. Všechny reakce probíhající samovolně (bez dodání energie) jsou nevratné.
Je-li při ději některá veličina konstantní, jde o děje izotermické (T=konst.), izobarické (p=konst), izochorické (V=konst.) a adiabatické (soustava je tepelně izolovaná).
b)
I. TERMODYNAMICKÝ ZÁKON (Laplaceův - Lavoisierův)
Reakční teplo přímé reakce je až na znaménko stejné, jako reakční teplo vratné reakce.
A(B (HA(B=-(HB(A
Př. H2 + O2 → H2O + Q Q = -142 KJ - uvolněné
H2O → H2 + O2 Q = +142 KJ - spotřebované
II. TERMODYNAMICKÝ ZÁKON (Hessův)
zavádí stavovou funkci –entropie S – uspořádanost systému
změny S = skupenské změny –krystalizace (tuhnutí), kondenzace...
Zkoumá, kolik tepla přijatého od okolí může soustava přeměnit na práci
Celkové tepelné zabarvení vícestupňové reakce je dáno součtem reakčních tepel všech dílčích reakcí. A ( C (HA(C=(HA(B+(HB(C
(B(
C + O2(g) → CO2(g) ∆H0 = -393,7 KJ
C + ˝O2(g) → CO(g) ∆H0 = ?
CO(g) + ˝O2(g) → CO2(g) ∆H0 = -283,6 KJ
-393,7 KJ = -283,6 KJ + x
x = -110,1 KJ - exotermická reakce
c)
Slučovací teplo sloučeniny (∆H0sluč.), [KJ/mol], je reakční teplo reakce, při níž z prvků ve standardních stavech vznikne jeden mol této sloučeniny ve standardním stavu. Slučovací tepla jsou stanovena a uváděna především pro anorganické sloučeniny.
Standardní stav: (T = 298,15 K, p = 101,325 kPa, sluč. teplo všech prvků = 0)
Výpočet: pro slučovací: produkty - reaktanty (H( =(prod |v|((H()sluč - (reakt|v| ((H()sluč
v = stechiometrické koeficienty z příslušných rovnic
Spalné teplo sloučeniny (∆H0spal.), [KJ/mol] je reakční teplo reakce, při níž se jeden mol této sloučeniny ve standardním stavu zoxiduje na nejstálejší oxidy (konečné oxidační produkty ve standardním stavu). Spalná tepla jsou stanovena především pro sloučeniny organické. Spalná tepla nejsou nulová, reaktanty i produkty musí být ve standardním stavu.
Výpočet: pro spalné: reaktanty – produkty (H( =(reakt|v|((H()spal - (prod|v| ((H()spal
d)
Chemická (reakční) kinetika = věda studující rychlosti těch chemických reakcí, které jsou z energetického hlediska uskutečnitelné, a zabývá se faktory, které tuto rychlost o