Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

Hasonló dokumentumok
Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

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

Termokémia, termodinamika

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

Spontaneitás, entrópia

Spontaneitás, entrópia

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

A termodinamikai rendszer energiája. E = E pot + E kin + U E pot =m g h E kin =½m v². U = U 0 + U trans + U rot + U vibr + U khat + U gerj

Termokémia. Hess, Germain Henri ( ) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Általános Kémia, 2008 tavasz

Termodinamikai bevezető

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

2. Energodinamika értelmezése, főtételei, leírási módok

5. előadás

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Termodinamika. Belső energia

III. Termodinamikai alapok: a változások energetikája; a folyamatok iránya, egyensúlyok.

10/21/11. Miért potenciálfüggvények? (Honnan kapta a nevét?) Termodinamikai potenciálfüggvények. Belső energia. Entalpia

Munka- és energiatermelés. Bányai István

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Termodinamika (Hőtan)

A metabolizmus energetikája

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Termodinamika. Tóth Mónika

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Légköri termodinamika

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Hőtan I. főtétele tesztek

5. Sók oldáshőjének meghatározása kalorimetriás módszerrel. Előkészítő előadás

Általános Kémia GY 4.tantermi gyakorlat

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 27.

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.

Kémiai reakciók sebessége

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

4. Termokémia. 4.1 A standard reakcióhő

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Termodinamika. Tóth Mónika

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

Általános Kémia Gyakorlat II. zárthelyi október 10. A1

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011. tanév Kémia I. kategória 2. forduló Megoldások

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Orvosi Fizika 11. Transzportfolyamatok termodinamikai vonatkozásai. Dr. Nagy László

Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló. A feladatok megoldása

Feladatlap X. osztály

Összesen: 20 pont. 1,120 mol gázelegy anyagmennyisége: 0,560 mol H 2 és 0,560 mol Cl 2 tömege: 1,120 g 39,76 g (2)

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Hajdú Angéla

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Termodinamika. Gázok hőtágulása, gáztörvények. Az anyag gázállapota. Avogadro törvény Hőmérséklet. Tóth Mónika.

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011. tanév Kémia II. kategória 2. forduló Megoldások

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

összetevője változatlan marad, a falra merőleges összetevő iránya ellenkezőjére változik, miközben nagysága ugyanakkora marad.

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Bio-termodinamika, entrópia, egyensúly és változás.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

rendszer: a világ általunk vizsgált, valamilyen fallal (részben) elhatárolt része környezet: a világ rendszert körülvevő része

Curie Kémia Emlékverseny 2018/2019. Országos Döntő 9. évfolyam

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Művelettan 3 fejezete

Termodinamikai rendszerek. Kalorimetria. Extenzív és Intenzív mennyiségek. Hőkapacitás, fajhő Mennyi a felvett hő?

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

2. A termodinamika I. főtétele

1. Mi a folytonos anyagelmélet négy eleme? 2. Mi a Dalton-féle atomelmélet négy alaptétele (posztulátuma)? 3. Mi az SI mértékegység rendszer 7

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 20.

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. (Bio)termodinamika, entrópia, egyensúly és változás.

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Folyadékok és szilárd anyagok

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Vegyipari technikus. Tájékoztató

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

Hőtan 2. feladatok és megoldások

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Mivel foglalkozik a hőtan?

Energiaminimum- elve

A természetes folyamatok iránya (a folyamatok spontaneitása)

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

Mérnöki alapok 8. előadás

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

6. Termodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2002

Átírás:

Az energia Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség) Megjelenési formái: Munka: irányított energiaközlés (W=Fs) Sugárzás (fényrészecskék energiája) Termikus energia: atomok, molekulák véletlenszerű mozgása Kémiai energia: kémiai kötésekben tárolt energia Potenciális energia: egy atom, molekula (vagy akár makroszkopikus test) külső helytől (tértől: gravitációs, elektromos, mágneses stb ) függő energiája Energiamegmaradás vagy termodinamika I főtétele: Az energia nem vész el, csak más formába alakul. A világegyetem energiája állandó. Látszólagos kivétel: E = mc 2 (tömeg energia ekvivalencia) Termokémia és termodinamika: a kémiai reakciókat kísérő hő-, illetve energiaváltozásokkal foglalkozó tudományág.

Rendszer és környezet környezet rendszer energia, anyag rendszer: a világnak azt valós vagy képzelt határokkal elkülönített részét, amelynek tulajdonságait vizsgáljuk. környezet: minden, ami a rendszeren kívül helyezkedik el. Nyitott Zárt Izolált rendszer Az energia és az anyag is cserélődhet a rendszer és a környezet között. Anyagcsere (anyagtranszport) nincs, de energiacsere (energiatranszport) van. Sem anyagsem energiatranszport nincs a rendszer és a környezet között. Termodinamika I főtétele szerint az izolált rendszer energiája állandó, nem izolált rendszer esetében pedig DE rendszer = DE környezet

Munka és hő W (közben a rendszer munkát végez) p p Állandó nyomáson (p = áll) : W tf = F s = (F/A) (A s) = pdv W tf : térfogati munka s A rendszer energiamérlege: DU=(DE)= Q + W p p Q (a környezet hőt ad át a rendszernek) DU: belső energia Ha csak térfogati munka van: DU = Q pdv A rendszer termodinamikai állapothatározói vagy állapotfüggvényei: kémiai összetétel, U, p, V, m, n, (H, S, G) az egyensúlyban levő rendszer energetikáját írják le

Az entalpia Láttuk, hogy ha csak térfogati munka van, akkor : DU = Q pdv Q = DU + pdv Vezessünk be egy új állapothatározót (H-t), nevezzük el entalpiának! H = U + pv Változásra: DH = DU + D(pV) Ha a nyomás állandó, akkor: D(pV) = pdv DH = DU + pdv Azaz, ha a nyomás állandó (és csak térfogati munka megengedett), akkor az entalpiaváltozás megegyezik a rendszer és a környezet között a folyamat (reakció) során cserélt hővel: DH = Q (ha p = áll., W =W tf )

A kémiai folyamatokat kísérő hő mérése: Hőmérsékletmérésre vezetjük vissza: Hőmérő Keverő Hőszigetelő fal kalorimetria Hőmérő Keverő Gyújtó vezetékek reakcióelegy Víz Oxigén Minta Állandó nyomáson mért hő DH = Q (Általában így végezzük a kémiai reakciókat, égetést, ezért ez a gyakorlati szempontból fontosabb.) Állandó térfogaton mért hő DE = Q Q = C DT Q = n C m DT (= m c DT) hőkapacitás moláris hőkapacitás 1 g-ra vagy kg-ra [kj K 1 ] [kj mol 1 K 1 ] (fajhő, fajlagos hőkapacitás) [kj kg 1 K 1 ]

folyadék Fázisátalakulások Látens hő : olyan energiaátadás, ami nem jár hőmérsékletváltozással Ilyenek a fázisátalakulások Olvadáshő, fagyáshő, párolgáshő (kondenzációs hő), szublimációs hő T szilárd szilárd és foly. folyadék és gőz gőz Q pl. Víz : DH olv = 6,0 kj/mol (273 K) DH pár = 40,7 kj/mol (373 K) DH szubl = 16,2 kj/mol (183 K) Módosulat változás: C (grafit) C (gyémánt) DH = 1,9 kj/mol (298 K)

A reakciókat kísérő energiaváltozások A reakció entalpiaváltozása H kiindulási anyagok termékek H kiindulási anyagok termékek DH = H termékek H kiindulási anyagok exoterm reakció DH < 0 endoterm reakció DH > 0 Példa: C(sz) + O 2 (g) CO 2 (g) NH 4 Cl(sz) NH 3 (g) + HCl(g) T=298 K és p= 101 325 Pa, 1 mól anyagra DH = 393,5 kj DH = +176 kj

Hess-tétel, képződéshő és reakcióhő Hess-tétel: A kémiai reakció entalpiaváltozása csak a kiindulási anyagoktól és termékektől függ, független attól, hogy milyen úton jutottunk a kiindulási anyagoktól a termékekig. Képződéshő (képződési entalpia): A vegyületek referencia állapotú elemeiből való képződését kísérő entalpiaváltozás DH f (f: formation: képződés) [kj mol 1 ] (magyar könyvekben DH k is előfordul) Elemek: a választott módosulatra DH f = 0 kj/mol bármilyen T-n! (általában az adott hőmérsékleten és 1 atmoszféra nyomáson a legstabilabb elemszén esetében pl. grafit) Standard képződéshő (standard képződéshő): (választott hőmérsékleten és) standard körülmények között (p = 100 kpa (1 bar) nyomásra, tiszta anyagra (vagy oldatok esetén 1 mol/dm 3 koncentrációra) megadott képződéshő DH f, hőmérséklet (A jel helyett eredetileg ө -t (Plimsoll) használtak ) [kj mol 1 ] Reakcióhő: a reakciót kísérő entalpiaváltozás, DH r (angol irodalomban DH rxn is) A Hess-tétel alapján: DH r = DH f (termékek) DH f (reaktánsok) Standard reakcióhő: a reakciót kísérő entalpiaváltozás standard körülmények között (és választott hőmérsékleten): DH r, hőmérséklet

Képződési entalpiák meghatározása reakcióentalpiákból DHº? Metán standard képződési entalpiája

DH f o / kj/mol DH f o / kj/mol Born-Haber körfolyamatok KCl(sz) rácsentalpiájának HCl(g) kötési energiájának meghatározása meghatározása?? Rácsentalpia: ionos vegyületek ionos kötéseinek felszakításához (ionok végtelen távolságban) szüksége energia egy adott hőmérsékleten (rácsenergia : 0 K-en)

(Kapcsolat hálózatelmélettel.) Born-Haber körfolyamatok Egy vegyülethez nem csak egyféle ciklus tudunk felírni! Ez segíthet a hibás kísérleti adatok kiszűrésében. Pl. az OH-gyökre:

Az entrópia Hányféleképpen valósulhat meg, hogy négy gázrészecske elosztása két gáztartályban)? Mikroállapot Az entrópia arányos a lehetőségek (a lehetségesen megvalósuló mikroállapotok) számával. Azaz I és V esetben legkisebb, III esetben legnagyobb az entrópia. Az entrópia állapothatározó, jele: S. [J/K], molárisra [J/(K mol)]

Az entrópia Termodinamika II főtétele: Izolált rendszer entrópiája nem csökkenhet. Vagy: Maguktól (spontán módon) csak azok a folyamatok mennek végbe, amelyek entrópianövekedéssel járnak, a világyegyetem entrópiája nő. Clausius eredeti (egyenértékű) megfogalmazása: Nem lehet olyan folyamat, amelyben a hő az alacsonyabb hőmérsékletű rendszer felől a magasabb hőmérsékletű felé adódik át. Kelvin: Nem létezik olyan folyamat, amely során a rendszer által felvett hő teljesen munkává alakítható.

Az entrópia A két esetben ugyanakkora a teljes rendszerben az átlagos koncentráció, de eltérő az eloszlás. A két esetben ugyanakkora az energiaösszeg, de eltérő az eloszlás.

A környezet entrópiaváltozása exoterm folyamat környezet endoterm folyamat környezet rendszer hő entrópia rendszer hő entrópia Állandó nyomáson: DS környezet ~ DH rendszer mivel a hő közlése miatt a környezetben több lesz az összenergia, többféle termikus mikroállapot alakulhat ki, azaz nagyobb az entrópia Ha már eleve nagy a hőmérséklet, akkor ugyanakkora hő kisebb mértékben tudja megváltoztatni meg a lehetséges mikroállapotok számát, ezért DS környezet = DH rendszer /T

agyáspont orráspont A rendszer entrópiájának változása a hőmérséklettel A termodinamika III. főtétele: 0 K-en egy hibátlan kristályra S = 0 J / K (Az energiaeloszlás csak egyféle lehet, 0 termikus és konfigurációs entrópia) szilárd folyadék gáz

Szabadentalpia és spontán folyamatok A termodinamika II. főtétele szerint magától végbe menő folyamatra: DS világegyetem > 0 Mivel a világegyetem a rendszer + környezet, ezért: DS világegyetem = DS rendszer + DS környezet > 0 Előzőekből: DS világegyetem = DS rendszer DH rendszer /T > 0, T-vel beszorozva: TDS világegyetem = TDS rendszer DH rendszer > 0 1-gyel szorozva TDS világegyetem = DH rendszer TDS rendszer < 0 Vezessünk be egy új állapothatározót, az ún. szabadentalpiát (G, angol irodalomban Gibbs free energy ): G = H TS Állandó hőmérsékleten egy folyamatban a változás: DG = DH TDS Azaz, ha DG < 0, akkor magától végbe megy a folyamat ha DG = 0, akkor egyensúlyban van a rendszer ha DG > 0, akkor ellentétes irányba megy végbe magától a folyamat