TERMODINAMIKA...kad gori žigica, odvijanjem kemijske reakcije oslobađa se

energija...

Naša sposobnost da razumijemo i izmjerimo promjene u materiji i energijiključna je za sudbinu modernog društva.

Sve promjene materije, bilo kemijske ili fizikalne, popraćene su promjenom sadržaja energije te materije.

U šumskom požaru, pretvaranjem drveta u pepeo i plinove, njegov sadržaj energije se smanjuje, a ta promjena u energiji oslobađa se kao toplina i svjetlost.

Dio energije pri sijevanju munje je apsorbiran kada atmosferski N2 i O2 reagiraju i nastaje dušikov monoksid (NO).

Energija se troši kad se topi snijeg....

....i oslobađa kad vodena para kondenzira u kišu.

ENERGIJA POSTOJI U RAZLIČITIM OBLICIMA...

TOPLINSKA ENERGIJA MEHANIČKA ENERGIJA ELEKTRIČNA ENERGIJA SVJETLOSNA ENERGIJA KEMIJSKA ENERGIJA NUKLEARNA ENERGIJA....

...energija može prelaziti iz jednog oblika u drugi...

ENERGIJA je, nažalost, teško shvatljiv pojam.....

....ne možemo je vidjetidodirnuti

pomirisatiizvagati....

...najčešće je definiramo kao sposobnost objekta da izvrši rad...

energija koju objekt posjeduje može biti POTENCIJALNA i/ili KINETIČKA

energija pohranjenau objektu; može seprevesti ukinetičku energiju

energija gibanja;ima je objekt kojise kreće; ovisna jeo masi i brzini objekta

slijevanjem vode preko brane, potencijalna se energija pretvara u kinetičku, što se koristi za proizvodnju električne struje u hidrocentralama

...u šumskom požaru ima mnogo više atoma s velikim kinetičkim energijama, pa je ukupna kinetička energija veća nego u plamenu žigice....

....i stoga je toplina požara veća od topline plamena žigice...

TERMODINAMIKAznanost koja se bavi energetskim promjenama stanja tvari i odnosima toplinske energije s ostalim vrstama energijeznanost koja se bavi ravnotežnim stanjima tijela, odnosno sistema

KEMIJSKA TERMODINAMIKA se bavi ravnotežnim stanjima kemijskih procesa

KEMIJSKA ENERGIJA Kemijska energija je energija

uskladištena u tvarima, a prenosi se tijekom kemijske reakcije.

Kemijsku energiju, tj. razinu potencijalne energije kemijskih spojeva, određuje KEMIJSKA VEZA.

dio kemijske energije pohranjene u bateriji pretvara se u svjetlost kada uključimo baterijsku svjetiljku

Da bi mogli proučiti odakle potječe oslobođena ili vezana toplina tijekom neke kemijske reakcije, moramo definirati što je :

SUSTAV

OKOLINA

ENERGIJA je sposobnost vršenja rada, aSUSTAV ili SISTEM je dio svijeta odabran kao predmet proučavanja.

IZOLIRANI (nema izmjene energije, nema izmjene tvari)

ZATVORENI (moguća izmjena energije, nema izmjene tvari)

OTVORENI (izmjena energije i izmjena tvari)

OKOLINA je sve što okružuje sistem.

IZOLIRANI ZATVORENI OTVORENI

IZOLIRANI (granica ne omogućava ni prijenos energije, ni prijenos tvari)

ZATVORENI (moguća izmjena energije, nema izmjene tvari)

OTVORENI (izmjena energije i izmjena tvari)

GRANICA razdvaja sustav od okoline.

ENERGIJA SUSTAVA je mjera koja pokazuje koliki jekapacitet tog sustava da obavi neki rad ili proizvede toplinu.

RAD I TOPLINA: dva osnovna načina prijenosa energije iz sustava i u sustav

RAD je energija utrošena na pokretanje nekog objekta

TOPLINA je energija prenesena između sustava i okoline

...ako je sustav banka (energije), rad i toplina su valute...

TOPLINSKI KAPACITET Toplinski kapacitet je količina topline koju tijelo

treba primiti da bi mu se temperatura podigla za 1o. Tijela odnosno tvari s malim toplinskim kapacitetom brzo se zagriju već kod kratkotrajnog izlaganja izvoru topline, dok one s relativno velikim toplinskim kapacitetom moramo dugo izložiti djelovanju nekog toplinskog izvora da bi mu se temperatura tek malo promijenila.

toplinski kapacitet (C) = apsorbirana toplina / prirast temperature

C = Q / Δt

Razlikujemo toplinski kapacitet pri stalnom tlaku (Cp) i toplinski kapacitet pri stalnom volumenu (CV). Kada se radi o jednom molu tvari govorimo o molarnom toplinskom kapacitetu pri stalnom tlaku (Cp,m) i molarnom toplinskom kapacitetu pri stalnom volumenu (CV,m).

TERMOKEMIJA

TERMOKEMIJA = područje fizikalne kemije koje proučava toplinske učinke kemijskih reakcija.

Npr:toplinske promjene pri otapanjutaljenjeisparavanje itd.

Toplinski učinak kemijske reakcije može se izmjeriti u KALORIMETRU.

Reakcijska toplinaKemijske promjene tvari može pratiti primitak ili gubitak energije.Biološki sustavi: reakcije pri p, T = konst.

Energetske promjene prikazuju se promjenom ENTALPIJE.

Drugim riječima, kemijske reakcije se uglavnom odvijaju uz stalan tlak, a toplina koja se oslobodi ili utroši tijekom takvih reakcija zove se ENTALPIJA.

Eksperimentalno možemo odrediti samo PRIRAST ENTALPIJE (ΔH), a ne početni ili konačnu entalpiju.

ΔH = H konačno – H početno

ΔH = H produkata – H reaktanata

Entalpija (H) je u termodinamici mjera za unutarnji sadržaj toplinske energije, tj. funkcija stanja samog sustava i općenito se može definirati izrazom:

H = U + pV

gdje je: U unutarnja energija nekog sustava p tlak V volumen sustava.

Kada će prirast entalpije imati pozitivan, a kada negativan predznak?

EGZOTERMNE REAKCIJEreakcije koje teku uz oslobađanje toplinesustav gubi toplinu, ΔH < 0

ENDOTERMNE REAKCIJEreakcije koje teku uz primitak toplinepromjena entalpije ima pozitivan predznak ΔH > 0

Prikaz kemijskog procesa: H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l)

Jednadžba opisuje kemijsku pretvorbu koju u realnom sistemu ne možemo pratiti jer je broj takvih pretvorbi ogroman (ne možemo ga odrediti prebrojavanjem događaja), pa zato pratimo promjenu MNOŽINE jednog reaktanta ili produkta.ΔrH (298 K) = - 285,8 kJ/mol

ΔrH je REAKCIJSKA ENTALPIJA (promjena entalpije po jediničnom dosegu reakcije, ξ (ksi), tj. promjena entalpije za 1 mol pretvorbi)

KOD TERMOKEMIJSKIH JEDNADŽBI NAVEDENO JE AGREGATNO STANJE:

g plinovito stanje (gas) l tekuće stanje (liquid) s čvrsto stanje (solid)

Promjena entalpije je razlika entalpija produkata i reaktanata:

ΔrH = ΔH / = (H2 – H1) /

Doseg reakcije definiran je izrazom: = Δni /i

doseg reakcijeΔni promjena množine komponente i

i stehiometrijski koeficijent komponente

Stehiometrijski koeficijenti reaktanata su negativnog, a produkata reakcije pozitivnog predznaka.

Brzina kemijske reakcije je promjena dosega reakcije s vremenom.

J = Δ / Δt J = Δni /i Δt

Što su standardne termodinamičke veličine? Ne mjerimo apsolutne već relativne

vrijednosti entalpije pri nekoj odgovarajućoj temperaturi.

Standardna veličina je termodinamička veličina koja se odnosi na reakciju u kojoj su stanja reaktanata i produkata standardna.

ΔrH standardna reakcijska entalpija

Entalpija stvaranja ΔfH standardna entalpija stvaranja = reakcijska entalpija u kojoj neka

tvar nastaje iz elementarnih tvari u standardnom stanju

Entalpija sagorijevanja ΔcH

Količina topline koja se oslobađa kod potpune oksidacije tvari.

Entalpija kemijske veze ΔbH

Odnosi se na reakciju u kojoj dolazi do kidanja kemijske veze u molekuli.

A-B → A + B

Entalpija neutralizacije Prilikom neutralizacije kiselina i baza

oslobađa se toplina.

Entalpija otapanja Prilikom otapanja tvari u otapalu

dolazi do vezanja ili oslobađanja topline.

Toplinski efekt bit će veći što je za otapanje određene količine tvari uzeto više otapala.

Entalpija razrjeđivanja: razlika dviju entalpija otapanja, koje se odnose na različite količine otapala

Entalpija promjene agregatnog stanja Entalpija taljenja Entalpija isparavanja

Termokemijski zakoni Lavoisier – Laplaceov zakon:

Toplina (energija) potrebna za sintezu nekog kemijskog spoja jednaka je toplini potrebnoj za analizu tog istog kemijskog spoja.

Hessov zakon:“ Reakcijska toplina neke kemijske promjene ne ovisi o putu kojim reakciju vodimo, već samo o početnom i konačnom stanju sistema.”Prema Hessovom zakonu, energija se ne može ni stvoriti ni uništiti - ona samo može mijenjati oblik.Promjena entalpije u kemijskoj reakciji od reaktanata do produkata jednaka je bez obzira na rutu reakcije.

PRVI ZAKON TERMODINAMIKE

Primjer za Hessov zakon:oksidacija metana

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2 (g) + 2H2O(l) ΔrH = -890 kJ/mol CH4(g) + 1/2 O2(g) → CH3OH (l)

(ΔrH)1 = -164 kJ/mol CH3OH (l) + 1/2 O2(g) → HCHO(g) + H2O (l)

(ΔrH)2 = -163 kJ/mol HCHO(g) + 1/2 O2(g) → HCOOH(l) (ΔrH)3 = -293 kJ/mol

HCOOH(l) + 1/2 O2(g) → CO2 (g) + H2O (l) (ΔrH)4 = -270 kJ/mol

ENTROPIJA (S) funkcija stanja; opisuje stupanj nereda sustava ΔS = S konačno – S početno

DRUGI ZAKON TERMODINAMIKE:

Kad god se odigra neki spontani događaj, on je popraćen porastom entropije svemira (ΔSukupno).

TREĆI ZAKON TERMODINAMIKE:

Pri apsolutnoj nuli entropija savršeno sređene kristalne tvari je nula.

GIBBSOVA ENERGIJA Slobodna energija; može se prevesti u

koristan rad. ΔG = ΔH – TΔS → prošlo predavanje!!!

OBLICI ENERGIJE I NJIHOVA INTERKONVERZIJA PROTOK ENERGIJE U SUSTAV I IZ SUSTAVA RAD I TOPLINA: DVA OBLIKA PRIJENOSA ENERGIJE ZAKON O OČUVANJU ENERGIJE JEDINICE ENERGIJE FUNKCIJE STANJA I NEOVISAN PUT PROMJENE ENERGIJE

ENTALPIJA ZNAČAJ ENTALPIJE EGZOTERMNI I ENDOTERMNI PROCESI RAZLIKE U JAKOSTI VEZA ili ODAKLE STIŽE TOPLINA

REAKCIJE? KALORIMETAR: MJERENJE TOPLINE REAKCIJE U

LABORATORIJU