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

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

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. Termokémia Dia 1 /55

Termokémia, termodinamika

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

Spontaneitás, entrópia

Spontaneitás, entrópia

4. Termokémia. 4.1 A standard reakcióhő

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

Általános Kémia, 2008 tavasz

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

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

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

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

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

Mekkora az égés utáni elegy térfogatszázalékos összetétele

Termodinamika (Hőtan)

Az előadás vázlata:

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

5. előadás

Termodinamikai bevezető

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

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

A természetes folyamatok iránya (a folyamatok spontaneitása)

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Légköri termodinamika

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

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)

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

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

Általános Kémia Gyakorlat II. zárthelyi október 10. A1

Általános Kémia GY 4.tantermi gyakorlat

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

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

Hőtan I. főtétele tesztek

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

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

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

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Ni 2+ Reakciósebesség mol. A mérés sorszáma

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1997

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

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

Termodinamika. Belső energia

ROMAVERSITAS 2017/2018. tanév. Kémia. Számítási feladatok (oldatok összetétele) 4. alkalom. Összeállította: Balázs Katalin kémia vezetőtanár

Kémiai reakciók sebessége

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

5. Sók oldáshőjének meghatározása kalorimetriás módszerrel. Előkészítő előadás

Munka- és energiatermelés. Bányai István

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

Kémiai egyensúlyok [CH 3 COOC 2 H 5 ].[H 2 O] [CH3 COOH].[C 2 H 5 OH] K = k1/ k2 = K: egyensúlyi állandó. Tömeghatás törvénye

Fluidum-kőzet kölcsönhatás: megváltozik a kőzet és a fluidum összetétele és új egyensúlyi ásványparagenezis jön létre Székyné Fux V k álimetaszo

2. A termodinamika I. főtétele

Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő Kód

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

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

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

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

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

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

Az égés és a füstgáztisztítás kémiája

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

6. Termodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

A metabolizmus energetikája

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

1. feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: 9

A feladatok megoldásához csak a kiadott periódusos rendszer és számológép használható!

Hevesy György Országos Kémiaverseny Kerületi forduló február évfolyam

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

SZÁMOLÁSI FELADATOK. 2. Mekkora egy klíma teljesítménytényező maximális értéke, ha a szobában 20 C-ot akarunk elérni és kint 35 C van?

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI FELVÉTELI FELADATOK 2004.

Hevesy György Országos Kémiaverseny Kerületi forduló február évfolyam

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

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1995 JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

8. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2008.

Termodinamika. Tóth Mónika

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

XXIII. SZERVES KÉMIA (Középszint)

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

Termodinamika. Tóth Mónika

2011/2012 tavaszi félév 4. óra

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

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyz jeligéje:... Megye:...

Az előadás vázlata:

Minta feladatsor. Az ion képlete. Az ion neve O 4. Foszfátion. Szulfátion CO 3. Karbonátion. Hidrogénkarbonátion O 3. Alumíniumion. Al 3+ + Szulfidion

XVI. A SZÉNCSOPORT ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK

1. Gázok oldhatósága vízben: Pa nyomáson g/100 g vízben

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

A tételek: Elméleti témakörök. Általános kémia

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

A termodinamika törvényei

VÁLASZOK A FIZKÉM I ALAPKÉRDÉSEKRE, KERESZTÉVFOLYAM 2006

VII. A KÉMIAI REAKCIÓK JELLEMZŐI ÉS CSOPORTOSÍTÁSUK

Folyadékok és szilárd anyagok

Átírás:

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 belső energia abszolút értéke nem ismert, csak a változása 0:kémiai szerkezet ~T potenciális : intermolekuláris kölcsönhatások

Kölcsönhatások a részecskék között Erős atommag felépítése 1 Elektromágneses töltéssel vagy elektromos/mágneses 10 2 nyomatékkal rendelkező részecskék között Coulomb 80-100 RT H-híd 10-15 RT van der Waals 0,5-20 RT diszperziós hidrofób Gyenge 10 14 Gravitációs 10 39 magátalakulások, termonukleáris fúzió (Nap energiatermelése) kozmikus méretekben jelentős

A belső energia tulajdonságai Extenzív mennyiség U = U m n Állapotfüggvény értéke csak a rendszer állapotától függ abszolút értéke nem, csak a változása ismert v Δ U = U U = du előjelkonvenció v k k

A belső energia megváltozása (Az I. főtétel termodinamikai megfogalmazása ) A termodinamikai rendszer belső energiája csak a környezettel történő kölcsönhatás révén változhat ELSZIGETELT rendszer Δ U = 0 ZÁRT rendszer Δ U = W + Q reverzibilis és irreverzibilis változáskor is du = δw + δq előjelkonvenció W Q ha nincsen munkavégzés (pl. V=állandó, nincs tf. munka) du = δ Q A belső energiával az állandó térfogaton lejátszódó folyamatok jól jellemezhetők

De! A természeti folyamatok állandó nyomáson játszódnak le. H U + pv entalpia Δ H = Δ U +Δ( pv) ha p=áll. Δ H = Δ U + pδ V = Q+ W + pδv ha csak W térf van: W térf = pdv = p Δ V Δ H = Q pδ V + pδv = Q Izobár (p=áll.) folyamatokban, ha csak térfogati munka van, az entalpia változása = a hővel. dh = du pdv Vdp = δq+ pdv pdv + dh = δq 0

Az entalpia-függvény tulajdonságai H Extenzív mennyiség Hm = n Állapotfüggvény értéke csak a rendszer állapotától függ abszolút értéke nem, csak a változása ismert Δ H = H H = dh v k v k 1 Δ p = H=Q mc(t)dt = n C m,p (T)dT p 2 Fázisátalakulás: izobár, izoterm Pl. moláris párolgási entalpia ΔH m (pár) entalpiaváltozás

ΔH= H v H k = H(aragonit ) H(kalcit ) = = U(aragonit ) + ( pv)(aragonit ) U(kalcit ) ( pv)(kalcit lit) = =ΔU Δ(pV) 1 1 Δ (pv) = pδ V = p M = ρ ρ aragonit kalcit 3 5 g 1 1 cm = 10 Pa 100 ( ) = mol 293, 271, g 6 5 kg m g 10 m = 10 100 0 34 0 37 2 2 (,, ) s m mol g = 03, J 3 = Hasonlítsuk össze ΔU=210 J és Δ H=(210+3) J értékét. Az eltérés igen csekély szilárd anyagoknál nem túl nagy nyomáson.

A kémiai reakció hővel járó folyamat: TERMOKÉMIA 2H 2 + O 2 2H 2 O A rendszer változása adiabatikus izoterm exoterm felmelegszik hőleadás endoterm lehűl hőfelvétel Reakcióhő: állandó T, a reakcióegyenlet által definiált mennyiségű anyag átalakulását kísérő hőmennyiség függ: T, p, koncentráció állandó nyomáson: Δ H = 2H (H O) 2H (H ) H (O ) r m 2 m 2 m 2

2H 2 2(g) (g)+o 2 2(g) (g)=2h 2 O(l) () 25 C-on Δ r H Ø =-571,6 kj H 2 (g)+½o 2 (g)=h 2 O(l) 25 C-on Δ Ø r H =-285,8 8 kj H 2 2(g) (g)+½o 2 (g)=h 2 O(g) 25 C-on Δ r H Ø =-241,9 kj A reakcióhő mérése: ld. laboratóriumi gyakorlatok H (U) állapotfüggvény következménye: a reakcióhő független attól, milyen közbülső ő termékeken k keresztül jutunk el a termékhez Hess tétele: egy kémiai reakció során bekövetkező entalpiaváltozás = a tetszőleges részreakciók során bekövetkező entalpiaváltozások összege a reakcióhő számítással is meghatározható!!!!!

C(grafit) + O 2 = CO 2 (1) C(grafit) + 1/2O 2 = CO (2) CO +1/2 O 2 = CO 2 (3) Δ r H(1) () = Δ r H(2) + Δ r H(3) Ha a három reakcióhő közül kettőt ismerünk, a harmadik kiszámítható.

Standardizálás: rögzítjük a nyomást és a koncentrációt Standard állapot: p és a koncentráció rögzített standard nyomás, p 0 = 1 bar = 10 5 Pa tiszta anyag Standard reakcióhő: a reakcióegyenlet által definiált mennyiségű anyag átalakulását kísérő hőmennyiség, miközben p 0 =1 bar nyomású tiszta reagensekből ugyanilyen nyomású és azonos hőmérsékletű tiszta termékek keletkeznek állandó nyomás standard reakcióhő = standard reakcióentalpia Legyen egy általános kémiai reakció egyenlete: ν M = ν M k k t t φ φ φ r H ν t H ν mt, k H mk, φ H standard moláris entalpia mk, Δ =

Standard entalpiák 1. Elemek (stabilis módosulat) p φ = 10 5 Pa φ H m( 298, 15K) = 0 Stabilis módosulatok Bróm Szén Hidrogén Jód Higany Nitrogén Oxigén folyadék grafit gáz szilárd folyadék gáz gáz

2. Vegyületek φ φ H m( 298) =ΔfH ( 298) Képződéshő az elemekből (pontosabban az elemeknek az adott hőmérsékleten legstabilabb módosulataiból) végbemenő képződési reakció reakcióhője, pl. S +3/2O 2 = SO 3 Minden n más hőmérsékleten ékl eltér az entalpia a képződéshőtől Néhány vegyület standard moláris képződéshője 25 C-on, kj/mol Ammónia NH 3 (g) -46,11 Szénmonoxid CO(g) -110,53 Széndioxid CO 2 (g) -393,51 Dinitrogén tetroxid N 2 O 4 (g) +9,16 Dinitrogén oxid N 2 O(g) +82,05 Nitrogénoxid NO(g) +90,25 Nitrogéndioxid Ntrog o NO 2 (g) +33,18,8 Konyhasó NaCl(s) -411,15 Víz H 2 O(l) -285,83 H 2 O(g) -241,82 Benzol C 6 H 6 (l) +49,0 Etán C 2 H 6 (g) -84,68 Etanol C 2 H 5 OH(l) -277,69 Metán CH 4 (g) -74,81 Metanol CH 3 OH(l) -238,86 Glükóz C 6 H 12 O 6 (s) -1268

Táblázatokban: standard entalpiák 298 K-en és moláris hőkapacitás (C m,p ) függvények

A standard entalpia hőmérsékletfüggése 1. Elemek ha nincsen fázisátalakulás ha fázisátalakulás van: T 2 φ H m(t ) = C m,p dt 298 Tolv Tforr Tv φ m = m,p +Δ φ m + φ m,p +Δ m + m,p 298 T T H (T) C (s)dt H (olv) C ( )dt H (pár) C (g)dt 2. Vegyületek ha nincsen fázisátalakulás ha fázisátalakulás van: olv φ φ H m (T) = H m ( 298 ) + Cm,p dt Tolv Tforr Tv φ m = φ m 298 + m,p +Δ φ m + φ m,p +Δ m + m,p 298 T T H (T) H ( ) C (s)dt H (olv) C ( )dt H (pár) C (g)dt olv T 2 298 forr forr

Standard reakcióhő kiszámítása T K-en: 1. Kiszámítjuk az összes résztvevő standard entalpiáját T K-en en. 2. Képezzük a különbséget. Δ H =Σν H Σν H φ φ φ r t mt, k mk,

Δ r H meghatározása képződéshőkből (Δ f H) formation [Δ f H] = J/mol alkotóelemek ν Δ H k f k k I Δ r H II ν Δ H t f t t Δ H = Δ HI () +Δ HII ( ) = ν Δ H ν Δ H = Δ ( Δ H) r r r t f t k f k r f Reakcióhő: a termékek képződéshőinek összegéből kivonjuk a kiindulási anyagok képződéshőinek összegét. 3C 2 H 2 C 6 H 6 Δ H = Δ H 3 Δ H r f C6H6 f C2H2

Példa Az etil-benzol képződési standard entalpiája -12,5 kj/mol. Számítsuk ki égésének standard entalpiáját. C 6 H 5 C 2 H 5 (l) + 10,5 O 2 (g)= 8 CO 2 (g) + 5 H 2 O(l) Δ H = Δ ( Δ H ) = ν Δ H ν Δ H = r r f t f t k f k 8 Δ fhco ( 2) + 5 ΔfHH ( 2 O( )) Δ fheb ( ) = = 8 mol ( 393,51 kj / mol ) + 5 mol ( 285,8383 kj / mol ) 1 mol ( 12,5 kj / mol) = 4565kJ A standard égési entalpia tehát -4565 kj/mol.

Δ r H meghatározása égéshőkből (Δ c H) combustion égéstermékek CO 2, H 2 O, N 2 ν Δ H ν Δ I II k c k k Δ r H H t c t Reakcióhő: a kiindulási anyagok égéshőinek összegéből kivonjuk a termékek égéshőinek összegét. Δ H =Δ HI () + Δ H ( I I ) = ν Δ H ν Δ H = Δ ( Δ H ) r r r k c k t c t r t c 3C 2 H 2 = C 6 H 6 Δ r H = 3Δ c H(C 2 H 2 ) - Δ c H(C 6 H 6 ) 20

Standard égéshők (Δ c H), kj/mol Benzol -3268 Etán -1560 Glükóz -2808 Metán -890 Metanol -726 Hidrogén (H2O(l)) -286 Oktán -5471 Ciklohexán -3902

Példa r H C 6 H 12 (l) + H 2 (g) = C 6 H 14 (l) Δ =? Δ c H(C 6 H 12 ) Δ c H(C 6 H 14 ) Δ c H(H 2 )=Δ f H(H 2 O(l)) c 2 f 2-4003 kj/mol -4163 kj/mol - 286 kj/mol Δ H = Δ ( Δ H ) = ν Δ H ν Δ H = r r c k c k t c =(-4003 kj-286 kj) - (-1 4163 kj)= 126 kj = -126 kj A standard hidrogénezési entalpia tehát -126 kj/mol. t

Példa Mekkora a víz standard moláris képződéshője 50 C-on? T T T olv forr v 0 0 0 0 H (T ) = H ( 298) + C (s )dt +Δ H (olv ) + C ( )dt +Δ H (pár ) + C (g)dt m m m,p m m,p m m,p T T H 0 ( 298 )( ) = 285, 8 kj / mol m C ( ) = 75, 29J / (mol K) m,p 298 olv forr Hanyagoljuk el C m,p hőmérsékletfüggését. T 2 0 0 0 Δ H m( 323) = H m( 298) + C m,p( )dt = H m( 298) + C m,p( )(T 2 2981) = 298 kj J kj J kj 285, 8 + 75, 29 25 K = 285, 8 + 1882 = 283, 9 mol mol K mol mol mol

Példa A naftalin égéshője -5157 kj/mol. Mekkora a standard képződéshője? A képződéshő az elemekből (pontosabban az elemeknek az adott hőmérsékleten legstabilabb módosulataiból) végbemenő képződési reakció reakcióhője. C 10 H 8 (s) + 12O 2 (g) = 10CO 2 (g) + 4H 2 O(l) -5157 kj/mol C(s)+O 2 (g)=co 2 (g) H 2 (g)+1/2 O 2 = H 2 O(l) Δ r H = Δ r (Δ f H) -394 kj/mol -286 kj/mol -1 5157 kj=[10 (-394 kj)+4 (-286 kj)]-δ f H(naftalin) Δ f H(naftalin)=( -5157 kj+5084 kj)=- 73 kj Tehát a naftalin standard képződéshője 73 kj/mol.