230 likes | 1.35k Vues
KALORIMETRIJA: Laboratorijsko mjerenje entalpije reakcije. Kalorimetar je uređaj kojim se mjeri količina energije koja se izmijeni tijekom kemijske reakcije. Entalpija izgaranja metana (heat of combustion). Δ c H =-890 kJ/mol. Izmjena mase i energije s okolinom?.
E N D
KALORIMETRIJA: Laboratorijsko mjerenje entalpije reakcije Kalorimetar je uređaj kojim se mjeri količina energije koja se izmijeni tijekom kemijske reakcije Entalpijaizgaranjametana (heat of combustion) ΔcH =-890 kJ/mol MMFK: Kalorimetrija/14
Izmjena mase i energije s okolinom? Prijenos energije (topline i/ili rada) između sustava i okoline opisan je prvim zakonom termodinamike: energija ne može biti stvorena niti uništena MMFK: Kalorimetrija/14
Prvi zakon termodinamike:Promjena unutrašnje energije sustava ovisi o izmjeni topline i rada ΔU= Δq + Δw 1. izobarno: ΔV≠0, Δq = (Uk+pVk) - (Up+pVp) = Hk –Hp= ΔH 2. izovolumno (izohorno): ΔV=0, Δq = Uk – Up= ΔU Energija se odvodi od sustava u okolinu Energija se dovodi sustavu iz okoline MMFK: Kalorimetrija/14
Izobarna promjena entalpije prati kemijsku reakcijuΔp=0: ΔV≠0, Δq = ΔH Prijenos topline prati se promatranjem promjene temperature izazvane reakcijom Δq=C ΔT Toplinski kapacitet C neke tvari je količina topline koju ta tvar izmijeni s okolinom da bi joj se temperatura promijenila za 1 K. C(JK-1) MMFK: Kalorimetrija/14
Specifični toplinski kapacitet neke tvari c=C/m (JK-1kg-1) MMFK: Kalorimetrija/14
Kalorimetrijska mjerenja Pomiješati reaktante u kalorimetru, pratiti promjenu temperature cp=Cp/m Δq =Cp Δ T= Δ H cV=CV/m Δq = CV Δ T = ΔU (Δp=0) (ΔV=0) kalorimetrijska bomba jednostavni kalorimetar MMFK: Kalorimetrija/14
Standardna molarna entalpija neke reakcije ΔrH Θ Svi reaktanti i produkti nalaze se u standardnim stanjima pri danoj temperaturi. Standardno stanje tvari: najstabilnije stanje tvari pri tlaku 100 kPa (t.j.1 bar) MMFK: Kalorimetrija/14
Standardna molarna entalpija sagorjevanja Primjer: kod sagorijevanja metana standardna stanja pri 25oC i 100 kPa su plinoviti metan, kisik, ugljik-dioksid i tekuća voda CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + H2O(l) ΔcH Θ = - 890,4 kJ mol-1 pri 25 oC ΔcH Θ< 0 MMFK: Kalorimetrija/14
Standardna molarna entalpija stvaranja ΔfH Θ Promjena entalpije pri stvaranju spoja od elemenata 1. Primjer: kod stvaranja metana standardna stanja pri 25oC i 100 kPa su čvrsti ugljik, plinoviti vodik i plinoviti metan C(s) + 2 H2(g) C(s) + 2 H2(g) → CH4(g) ΔfH Θ = - 74,8 kJ mol-1 pri 25 oC (razvija se energija!!) REAKCIJA STVARANJA ne mora biti stvarno izvediva reakcija: Entalpija stvaranja pokazuje količinu energije koja bi se izmijenila kad bi se pronašao reakcijski put od elemenata do traženog spoja ΔfH Θ< 0 2. Primjer: stvaranje benzena 6 C(s) + 3 H2(g) → C6H6(g) ΔfH Θ = +49,0 kJ mol-1 pri 25 oC (troši se energija!!) CH4(g) MMFK: Kalorimetrija/14
Reakcijska entalpija : Predvidjeti promjenu entalpije za bilo koju reakciju Složena reakcija: CO(g) + NO(g) → CO2 (g) + ½ N2(g) poznati su tabelirani podatci o standardnim molarnim entalpijama sagorijevanja i stvaranja za svaki pojedini reaktant ! Prvi TD zakon: zbog očuvanja energije, u nekoj reakciji dolazi do jednake promjene energije bez obzira na put reakcije kojim se od produkata dolazi do reaktanata. MMFK: Kalorimetrija/14
Hessov zakon sumiranja entalpija Reakcijska entalpija nekog procesa je zbroj reakcijskih entalpija pojedinih koraka na koje reakcija formalno može biti rastavljena (nije nužno da su ti koraci ostvarivi u laboratoriju, ali jest nužno da je poznata entalpija pojedinog koraka) MMFK: Kalorimetrija/14
Primjer: konvertiranje zagađivača iz automobilskih motora CO(g) + NO(g) → CO2 (g) + ½ N2(g) (ciljna jednačba) za B uzeti obrat da se uskladi s ciljnom jednačbom) Poznato: A: CO(g) + ½ O2 → CO2 (g) ΔH = -283,0 kJ B: N2 (g) + O2 (g) → 2NO (g) ΔH = +180,6 kJ / (-½) / + A: CO(g) + ½ O2 → CO2 (g) ΔH = -283,0 kJ B: NO (g) → ½ N2 (g) + ½ O2 (g) ΔH = -90,3 kJ CO(g) + NO(g) → CO2 (g) + ½ N2(g) ΔH = -373,3 kJ dobivena je ciljna jednačba i izračunata promjena entalpije MMFK: Kalorimetrija/14
Klasifikacija reakcija • eksotermne reakcije ΔrH < 0 metan je eksotermni spoj jer se proizvodi eksotermnom reakcijom stvaranja ΔfH Θ = - 74,8 kJ mol-1 pri 25 oC • endotermne reakcije ΔrH > 0 benzen je endootermni spoj jer se proizvodi u endotermnoj reakciji stvaranja ΔfH Θ = +49,0 kJ mol-1 pri 25 oC MMFK: Kalorimetrija/14
POKUS • Otapanje natrijevog tiosulfata pentahidrata u vodi. • Rezultat: sniženje ili povišenje temperature • Poznato: tvari u reakciji • Tabelirano: specifični topl. kapaciteti • Mjereno: • promjena temperature • masa otapala i • masa otopljene tvari • Račun: promjena entalpije cp=Cp/m Δq =Cp Δ T= Δ H MMFK: Kalorimetrija/14