Отримання знань

дистанційна підтримка освіти школярів

Тепловий ефект хімічної реакції

У кожній речовині запасено певну кількість енергії. З цією властивістю речовин ми зустрічаємося за сніданком, обідом чи вечерею, оскільки продукти харчування дозволяють нашому організму використати енергію найрізноманітніших хімічних сполук, які є у їжі. У організмі ця енергія перетворюється на рух, роботу, на підтримку постійної (і досить високої!) температури тіла.

Одним з найбільш відомих учених, що працювали в області термохімії, є Бертло. Бертло- професор хімії Вищої фармацевтичної школи Парижу (1859г).

Енергія хімічних сполук зосереджена головним чином у хімічних зв'язках. Щоб зруйнувати зв'язок між двома атомами, потрібно затратити енергію. Коли хімічний зв'язок утворюється, енергія виділяється.

Будь-яка хімічна реакція залежить від розриву одних хімічних зв'язків й утворення інших.

Коли в результаті хімічної реакції при утворенні нових зв'язків виділяється енергії більше, ніж знадобилося для руйнації "старих" зв'язків у вихідних речовинах, то надлишок енергії вивільняється як тепло. Прикладом можуть бути реакції горіння. Наприклад, природний газ (метан CH₄) згоряє в кисні повітря з виділенням великої кількості теплоти . Такі реакції є экзотермічними.

Якщо реакція екзотермічна (супроводжується виділенням теплоти), то вміст енергії у вихідних речовинах більший, ніж у продуктах реакції, теплота виділяється в навколишнє середовище й енергія реакційної системи зменшується, тоді тепловий ефект ΔH буде негативним.

За інших випадках на руйнацію зв'язків у вихідних речовинах потрібно енергії більше, що може виділитися при утворенні нових зв'язків. Такі реакції відбуваються лише за підводі енергії ззовні й називаються эндотермічними.

Для ендотермічних реакцій вміст енергії у вихідних речовинах менший, ніж у добутих продуктах, теплота надходить іззовні у систему, енергія системи збільшується, тепловий ефект ΔH буде позитивний.

Тепловий ефект хімічної реакції - це кількість енергії яка виділяється або поглинається під час перебігу реакції. У міжнародній системі одиниць (CI) основною одиницею енергії затверджено джоуль (Дж).

Тепловий ефект реакції (ΔH) – це різниця між вмістом енергії у вихідних реагентах і кінцевих продуктах реакції.

Тепловий ефект реакції записують окремо від хімічного рівняння, після крапки з комою:

2Mg + O₂ = 2MgO; ΔH = –1205 кДж (екзотермічна);
C + H₂O = CO + H₂; ΔH = +131,4 кДж (ендотермічна).

Тепловий ефект реакції визначають для речовини кількістю 1 моль, тому в термохімічному рівнянні допускається і дробовий коефіцієнт:

H₂ + 0,5O₂ → H₂O + 285,8 кДж.

Термохімічні рівняння - рівняння хімічних реакцій у яких зазначено тепловий ефект. Значення теплового ефекту відносять до того числа молів вихідних речовин та продуктів реакції, яке відповідає стехіометричним коефіцієнтам.

В термохімічних рівняннях зазначають агрегатний стан речовин:

г - газоподібний,
р - рідкий,
к - кристалічний,
т - твердий,
інші.

Якщо вони не зазначені, то теплові ефекти вказані для стандартних умов:

температура 298,15K (25°C),
парціальний тиск газоподібних речовин 101 325 Па (1 атм),
концентрація речовин 1 моль/л (для розчинів).

Наприклад для рівняння:

H_2(г.) + Cl_2(г.) = 2HCl_(г.), ΔH⁰₂₉₈ = -183,6 кДж.

Тепловий ефект наводиться для 1 моль газоподібного водню, 1 моль газоподібного хлору та 2 моль газоподібного хлороводню за стандартних умов. Реакція екзотермічна, оскільки ΔH < 0.

Енергію, яка виділяється або поглинається під час хімічної реакції, називають хімічною енергією. Хімічна енергія реакції може перетворюватися на теплову, променеву, механічну або електричну і навпаки. Виділення або поглинання теплоти під час реакції узгоджується з принципом збереження енергії: енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а лише перетворюється з одного виду в інший. Користуючись термохімічними рівняннями, можна проводити різні обчислення.

Завдання 1.

У процесі згоряння 12 г вуглецю виділяється 393 кДж тепла. Запишіть термохімічне рівняння.

C + О2 CО2 + 393 кДж/моль