Kmiai vltozsok Energia munkavgz vagy hkzl kpessg Energiamegmarads

Kémiai változások

Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Energiamegmaradás törvénye: Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul. A világegyetem energiája állandó.

Energia átalakulása, pl. Kinetikus energia: a mozgási energia Potenciális (helyzeti) energia: a kölcsönhatásából származó energia. összenergia kinetikus energia potenciális energia

A kémiai energia a potenciális energia egy fajtája, ami más energiafajtává alakulhat kémiai reakció következtében. …. . hővé ! …. . „játék” energiává !

Rendszer és környezet Rendszer-nek nevezzük a világnak azt a képzelt, vagy valós határfelülettel elkülönített részét, amelynek tulajdonságait vizsgáljuk. Mindent, ami a rendszeren kívül van környezet-nek hívjuk. Zárt rendszer: nincs anyagátadás energiaátadás lehetséges Izolált rendszer: nincs anyagátadás nincs energiaátadás

Belső energia A rendszert felépítő részecskék összenergiája a belső energia (U). Részei: 1. Termikus (molekulák mozgásával kapcsolatos) 2. Intermolekuláris (molekulák közötti erőkkel kapcsolatos) 3. Kémiai (kémiai kötések létesítésével, felbontásával kapcs. ) 4. Mag (magenergiával kapcs. )

A termodinamika első főtétele: => Elszigetelt (izolált) rendszer belső energiája állandó. Zárt rendszer: a belső energia hő, vagy munka hatására változik ΔU = Q + W Q-hő, W-munka (előjel!!!) rendszer Ukezdeti szobahőfokú ΔU<0 hő (Q) leadás a környezetnek (Q < 0) Uvégső Belső energia, U forró H 2 O környezet Ukezdeti rendszer ΔU munkavégzés (W) a környezeten (W < 0) Uvégső

A hő a rendszer és környezete között a hőmérséklet különbségéből eredően átadott energia

Munka: energia átadás, kivéve hőt, leggyakrabban térfogati munka. U = Q + W U = Q + (–pΔV) d. Wtf = – pkd. V ha a p nyomás állandó. Wtf = –p(V 2–V 1)= –p V H=U-W H: entalpia ha a nyomás állandó és W=Wtf H = U + pΔV ΔH=Q ha a térfogat állandó: V = 0 H = U H= U= Q

A kémiai reakciók entalpiaváltozása Reakcióhő: a bekövetkező entalpiaváltozás ( H) (pontosan a reakcióegyenletnek megfelelően)

Egy anyag standard állapotán azt értjük, hogy tiszta állapotban van és a nyomás 1 atm (101, 325 k. Pa) és a hőmérséklet 25 ºC (298, 15 K). A standard reakcióhő az az entalpiaváltozás, amit akkor mérhetünk, ha a reagáló anyagok és a termékek is standard állapotban vannak. ΔH 0298, 15 K

Egy vegyület standard képződéshője (ΔHf 0) annak a reakciónak az entalpiaváltozása egy mólra vonatkoztatva, ahol a vegyület standard állapotú elemeiből képződik. Az elemek képződéshője nulla.

Hess tétel: Mindegy, hogy milyen úton jutunk a kezdeti állapotból a végállapotba, a reakció entalpiaváltozása, csak a kezdeti és végállapottól függ. Az entalpia állapotfüggvény, változása csak a kezdeti és végállapottól függ.

Standard képződéshők kombinálása A reakcióhő: Hf 0 = Hf 0(termékek) – Hf 0(reaktánsok)

Exoterm folyamat: hőleadás. Endoterm folyamat: hőfelvétel.

Reakcióhő C(sz) + O 2 (g) = CO 2 (g) Hk = – 393, 5 k. J/mol grafit C(grafit)(sz) + O 2(g) CO(g) Hk = – 110, 5 k. J/mol CO(g) + ½ O 2 (g) CO 2 (g) Hr = ? Hr = Hk(CO 2) – Hk(CO) Hr = – 283, 0 k. J/mol ? ?

Mennyi hő keletkezett az alábbi reakcióban ? 3 Mn. O 2 + 4 Al = 3 Mn + 2 Al 2 O 3 19, 2 g Mn. O 2 és Al por (Mn=55, O=16) 19, 2/(55+2· 16)=0, 22 mol ∆Hr 0 = 2∙∆Hk 0(Al 2 O 3) + 3∙∆Hk 0(Mn) – 3∙∆Hk 0(Mn. O 2) – 4∙∆Hk 0(Al) ∆Hr 0 = 2(-1588) + 3(0, 0) – 3(-514) – 4(0, 0) = -1634 k. J 3 mol esetén 1634 k. J keletkezik 0, 22 mol x ----------------------x= 120 k. J hő keletkezett

Reakcióhő CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) ∆Hr 0 = ∆Hk 0(CO 2) + 2∙∆Hk 0(H 2 O) – ∆Hk 0(CH 4) – 2∙∆Hk 0(O 2) ∆Hr 0 = 1(-393, 5) + 2(-241, 8) – 1(-74, 81) – 2(0, 0) = -802, 29 k. J 1 mol metán égésekor felszabaduló hő: 802, 29 k. J 4 Fe (sz) + 3 O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (sz) ∆Hr 0 = 2∙∆Hk 0(Fe 2 O 3) – 4∙∆Hk 0(Fe) – 3∙∆Hk 0(O 2) ∆Hr 0 = 2(-831, 1) – 4(0, 0) – 3(0, 0) = -1662, 2 k. J 1 mol Fe „rozsdásodása” során felszabaduló hő: 1662, 2 / 4 = 415, 55 k. J

Hőkapacitás A hőmérséklet változása a közölt hő mennyiségével egyenesen arányos: Hőmérő Keverő Gyújtó vezetékek Q = C* T C = hőkapacitás Q = n*Cm* T ; Q= m * c * T moláris 1 g-ra hőkapacitás (fajhő) Víz Oxigén Minta

Látens hő: az energiaátadás nem jár hőmérsékletváltozással Olvadáshő, fagyáshő, párolgáshő (kondenzációs hő), szublimációs hő VÍZ: Holv = 6, 0 k. J/mol (273, 15 K) Hpár = 40, 7 k. J/mol (373, 15 K) Hszubl = 16, 2 k. J/mol (183 K) Módosulat változás: C(grafit) C(gyémánt) H = 1, 9 k. J/mol (298 K)

Egy szilárd anyag melegítése hőmérséklet Hpár forrás pont gőz Holv folyadék fagyás pont szilárd hőközlés

Megoldandó feladat: A szén-tetraklorid (CCl 4) forráspontján az anyag párolgáshője 29, 92 k. J/mol. Ha 50 g CCl 4 -ot a forráspontján, normál légköri nyomáson elpárologtatunk, számítsuk ki Q, W, ΔU és ΔH értékeit ! A CCl 4 forráspontja 76, 8 ºC.

Megoldás n= 50 g/154 g/mol = 0, 325 mol Q= n·L = 0, 325 mol · 29, 92 k. J/mol = 9, 71 k. J pΔV=Δn·RT = 0, 325· 8, 314·(273, 15+76, 8)= 945, 45 J Nyomás állandó => Q=ΔH ΔH= 9, 71 k. J ΔU= ΔH–p ΔV =9, 71 – 0, 945 k. J = 8, 765 k. J

Kémiai reakciók lejátszódásának feltétele egy analógia

Kémiai reakciók lejátszódásának feltétele

Egy analógia aktiválási energia kiindulási állapot felszabaduló energia nyereség végállapot

Reakciókinetika Elemi reakció: egy ütközés következtében végbemenő átalakulás kellő sebességgel, megfelelő irányból!! aktivált komplex exoterm Reakció koordináta aktivált komplex endoterm Reakció koordináta

Kémiai reakciók lejátszódásának feltétele

Katalizált reakciók

Katalizátor - Iniciátor • Katalizátor: olyan anyag, mely a reakció sebességét gyorsítja és egy meghatározott irányba vezeti a nélkül, hogy a reakció végtermékében megjelenne. A katalizátor a reakcióban „látszólag” nem vesz részt és a reakció lejátszódása után visszakapjuk. • Homogén katalízis: a katalizátor ugyanabban a fázisban van, mint a reakciórendszer. • Heterogén katalízis: a katalizátor és a reagáló anyagok egymással érintkező különböző fázisokban vannak. • Iniciátor: reakciókat, rendszerint láncreakciókat megindító anyagok. A katalizátorokkal ellentétben az iniciátorok megváltoznak a reakció során, beépülnek vagy megváltozott állapotban maradnak vissza.

Heterogén katalízis katalizátor felülete pl. alkének hidrogénezése A H 2 és a C 2 H 4 adszorbeál a felületen. A H–H kötés felszakad és a H atomok a felület atomjaihoz kötődnek, majd a H atom elmozdul a felületen. Az egyik H atom hozzákötődik az adszorbeált C 2 H 4 C atomjához. A másik H atom hozzákötődik a C 2 H 5 csoporthoz. (etán) A C 2 H 6 molekula deszorbeál a felületről.

Az oldáshő felbontása Entalpia az oldott anyag molekuláinak szétválasztása ΔH 2 az oldószer és az oldott anyag molekuláinak keveredése ΔH 3 gyengébb oldott anyag – oldószer kölcsönhatás (endoterm) az oldószer molekuláinak szétválasztása ΔH 1 tiszta komponensek ideális oldat erősebb oldott anyag – oldószer kölcsönhatás (exoterm)

Az intermolekuláris erők szerepe Ha az összes intermolekuláris erő nagysága azonos, akkor ideális az oldat és Hsoln = 0 Ha az oldószer és oldott anyag molekulái közt a erősebb a kölcsönhatás, akkor Hsoln < 0 Ha az oldószer/oldat kölcsönhatás gyengébb, Hsoln > 0 EOS