Најважније из лекције
Термохемија проучава топлотне ефекте хемијских реакција (размену топлоте између система и околине).
Егзотермне реакције: ослобађају топлоту у околину (\(\Delta H < 0\), \(\Sigma H_{\text{производа}} < \Sigma H_{\text{реактаната}}\)). Пример: сагоревање дрвета или гасова.
Ендотермне реакције: везују топлоту из околине (\(\Delta H > 0\), \(\Sigma H_{\text{производа}} > \Sigma H_{\text{реактаната}}\)). Пример: термичко разлагање жива(II)-оксида или кречњака.
Енталпија (\(H\)): мера топлотног садржаја при \(p = \text{const}\); промена енталпије износи \(\Delta H = \Sigma H_{\text{производа}} - \Sigma H_{\text{реактаната}}\).
Енергија активације (\(E_a\)): минимална почетна енергија неопходна за почетак реакције.
Егзотермне реакције: ослобађају топлоту у околину (\(\Delta H < 0\), \(\Sigma H_{\text{производа}} < \Sigma H_{\text{реактаната}}\)). Пример: сагоревање дрвета или гасова.
Ендотермне реакције: везују топлоту из околине (\(\Delta H > 0\), \(\Sigma H_{\text{производа}} > \Sigma H_{\text{реактаната}}\)). Пример: термичко разлагање жива(II)-оксида или кречњака.
Енталпија (\(H\)): мера топлотног садржаја при \(p = \text{const}\); промена енталпије износи \(\Delta H = \Sigma H_{\text{производа}} - \Sigma H_{\text{реактаната}}\).
Енергија активације (\(E_a\)): минимална почетна енергија неопходна за почетак реакције.
Термохемија је област хемијске термодинамике која проучава топлотне (енергетске) промене које прате хемијске реакције и физичке промене супстанци.
Систем представља део простора или скуп супстанци које су предмет посматрања (реактанти и производи реакције).
Околина представља све што се налази ван посматраног система (растварач, реакциони суд, лабораторијски ваздух итд.).
При реакцији цинка са хлороводоничном киселином:
\[ \text{Zn(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)} \]
Систем чине: цинк, хлороводонична киселина, настали цинк-хлорид и водоник.
Околина су: вода у којој су супстанце растворене, епрувета у којој се одвија реакција и околни ваздух.
Околина су: вода у којој су супстанце растворене, епрувета у којој се одвија реакција и околни ваздух.
Ако се у чаши са водом раствара калцијум-оксид (\(\text{CaO}\)), дефинишите шта чини систем, а шта околину.
Систем: калцијум-оксид (\(\text{CaO}\)), дестилована вода која ступа у реакцију и настали калцијум-хидроксид (\(\text{Ca(OH)}_2\)).
Околина: стаклена чаша, преостали део растварача и околни ваздух.
Околина: стаклена чаша, преостали део растварача и околни ваздух.
Егзотермне реакције су процеси током којих се топлота ослобађа из система у околину. Унутрашња енергија система опада, док се околина загрева.
Ендотермне реакције су процеси током којих систем везује (апсорбује) топлоту из околине. Унутрашња енергија система расте, док се околина хлади.
- Егзотермни процеси: сва сагоревања (нпр. дрвета, метана, водоника), очвршћавање (мржњење) воде, реакција гашења креча (\(\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2\)).
- Ендотермни процеси: термичко разлагање жива(II)-оксида (\(2\text{HgO} \longrightarrow 2\text{Hg} + \text{O}_2\)), електролиза воде, испаравање течности, сублимација јода.
Да ли је процес топљења леда ендотерман или егзотерман?
Процес топљења леда је ендотерман процес, јер чврста вода (лед) мора да веже топлоту из околине да би прешла у течно агрегатно стање.
Енталпија (\(H\)) представља топлотни садржај супстанце, односно система при константном притиску. Енталпија је функција стања система.
\(\Delta H\) – промена енталпије система током реакције.
При константном притиску, размењена количина топлоте (топлота реакције, \(Q_p\)) једнака је промени енталпије система: \(\Delta H = Q_p\).
\[ \Delta H = \Sigma H_{\text{производа}} - \Sigma H_{\text{реактаната}} \]
\[ Q_p = \Delta U + p\Delta V \]
где је \(\Delta U\) промена унутрашње енергије, а \(p\Delta V\) рад ширења система против спољашњег притиска.
Знак промене енталпије:
- Егзотермне реакције: \(\Delta H < 0\) (негативна вредност, \(\Sigma H_{\text{производа}} < \Sigma H_{\text{реактаната}}\))
- Ендотермне реакције: \(\Delta H > 0\) (позитивна вредност, \(\Sigma H_{\text{производа}} > \Sigma H_{\text{реактаната}}\))
Ако је збир енталпија реактаната неког процеса \(450\text{ kJ}\), а збир енталпија насталих производа \(280\text{ kJ}\), одредите топлотни ефекат и карактер реакције.
\[ \Delta H = \Sigma H_{\text{производа}} - \Sigma H_{\text{реактаната}} = 280\text{ kJ} - 450\text{ kJ} = -170\text{ kJ} \]
Пошто је \(\Delta H < 0\), реакција је егзотермна и при њеном одвијању се ослобађа \(170\text{ kJ}\) топлоте.
Енергија активације (\(E_a\)) је минимална количина енергије коју је потребно довести реактантима да би хемијска реакција уопште започела (енергетска баријера).
\(E_a\) – ознака за енергију активације.
- Код егзотермних реакција: енергија активације је потребна само на почетку (нпр. искра за паљење смеше водоника и кисеоника), а затим реакција сама ослобађа довољно топлоте да се спонтано настави.
- Код ендотермних реакција: потребно је непрекидно доводити топлоту; уколико се довод енергије прекине, реакција се зауставља.
Зашто смеша водоника и кисеоника на собној температури може стајати неограничено дуго без стварања воде, иако је та реакција изразито егзотермна?
Молекули водоника и кисеоника на собној температури немају довољну кинетичку енергију да савладају енергију активације (\(E_a\)). Тек када се доведе почетна енергија (пламен, искра), реактанти прелазе енергетску баријеру и реакција почиње.
Задаци за вежбање
Лаки задатак: Одредите предзнак промене енталпије (\(\Delta H\)) за следеће процесе:
а) Испаривање етанола: \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)} \longrightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH(g)}\)
б) Сагоревање магнезијумове траке: \(2\text{Mg(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{MgO(s)}\)
а) Испаривање етанола: \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)} \longrightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH(g)}\)
б) Сагоревање магнезијумове траке: \(2\text{Mg(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{MgO(s)}\)
а) Испаривање је ендотерман процес (захтева довођење енергије), па је \(\Delta H > 0\).
б) Сагоревање је егзотермна реакција (ослобађа се светлост и топлота), па је \(\Delta H < 0\).
б) Сагоревање је егзотермна реакција (ослобађа се светлост и топлота), па је \(\Delta H < 0\).
Средњи задатак: Приликом растварања амонијум-нитрата (\(\text{NH}_4\text{NO}_3\)) у води у чаши, примећено је да се спољашњи зидови чаше значајно охладе.
1. Да ли је ово ендотерман или егзотерман процес?
2. Како се мења унутрашња енергија самог система?
3. Који је знак промене енталпије (\(\Delta H\))?
1. Да ли је ово ендотерман или егзотерман процес?
2. Како се мења унутрашња енергија самог система?
3. Који је знак промене енталпије (\(\Delta H\))?
1. Процес је ендотерман, јер систем одузима топлоту од околине (чаше и воде), услед чега температура околине опада.
2. Унутрашња енергија система се повећава (на рачун апсорбоване топлоте).
3. Знак промене енталпије је позитиван: \(\Delta H > 0\).
2. Унутрашња енергија система се повећава (на рачун апсорбоване топлоте).
3. Знак промене енталпије је позитиван: \(\Delta H > 0\).
Тешки задатак: Анализирајте реакцију разлагања кречњака:
\[ \text{CaCO}_3\text{(s)} \longrightarrow \text{CaO(s)} + \text{CO}_2\text{(g)} \]
Познато је да се ова реакција одвија само при сталном загревању на високим температурама.
а) Какав је топлотни ефекат ове реакције?
б) Упоредите збир енталпија производа и енталпију реактанта.
в) Шта ће се десити са током реакције уколико угасимо пламеник којим се посуда загрева?
а) Какав је топлотни ефекат ове реакције?
б) Упоредите збир енталпија производа и енталпију реактанта.
в) Шта ће се десити са током реакције уколико угасимо пламеник којим се посуда загрева?
а) Реакција је ендотермна (\(\Delta H > 0\)).
б) Збир енталпија производа је већи од енталпије реактанта: \[ \Sigma H_{\text{производа}} > H_{\text{реактанта}} \] в) Пошто је реакција ендотермна и захтева константан доток топлоте током читавог процеса, прекидом загревања реакција престаје да се одвија.
б) Збир енталпија производа је већи од енталпије реактанта: \[ \Sigma H_{\text{производа}} > H_{\text{реактанта}} \] в) Пошто је реакција ендотермна и захтева константан доток топлоте током читавог процеса, прекидом загревања реакција престаје да се одвија.
