Χημεια γ 2

2η ενότητα - Θερμοχημεία

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου

2η Ενότητα Θερμοχημεία

-27-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου

-28-

2η ενότητα - Θερμοχημεία

Μεταβολές της ενέργειας κατά τις χημικές αντιδράσεις Όλες οι χημικές ουσίες περικλείουν μια ποσότητα ενέργειας που ονομάζεται χημική ενέργεια. Η χημική ενέργεια είναι ένα σύνολο κινητικής και δυναμικής ενέργειας. Οφείλεται: α. στην κίνηση των ατόμων, των μορίων, των ηλεκτρονίων, κλπ. β. στις δυνάμεις των χημικών δεσμών οι οποίες συγκρατούν τα άτομα στο μόριο. γ. στις ελκτικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των μορίων και των υποατομικών σωματιδίων. Η χημική ενέργεια “κρύβεται” στις χημικές ουσίες και άλλοτε αποδίδεται εύκολα στο περιβάλλον (π.χ. σε μια καύση) και άλλοτε δύσκολα (π.χ. στα πυρηνικά καύσιμα).

H ενέργεια που εκλύεται ή απορροφάται σε μια χημική αντίδραση εμφανίζεται με διάφορες μορφές, όπως θερμική ενέργεια (θερμότητα), ηλεκτρική ενέργεια (ηλεκτρισμός), φωτεινή ενέργεια (φως). Τις μετατροπές της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική (και αντίστροφα) τις εξετάζει ο κλάδος της χημείας που ονομάζεται ηλεκτροχημεία. Τις μετατροπές της χημικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια (και αντίστροφα) τις εξετάζει η φωτοχημεία. Τις μετατροπές της χημικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια (και αντίστροφα), τις εξετάζει η θερμοχημεία. Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας που μεταφέρεται αυθόρμητα από ένα θερμότερο σύστημα σ’ ένα άλλο ψυχρότερο σύστημα όταν έρχονται σε επαφή. Στο διεθνές σύστημα η θερμότητα έχει μονάδα μέτρησης το J (Joule). Στη χημεία χρησιμοποιούνται και άλλες μονάδες όπως τη θερμίδα (cal) και τη χιλιοθερμίδα (Kcal).

1 cal = 4,2 J 1 Kcal = 1000 cal Η θερμοκρασία είναι ένα φυσικό μέγεθος που εκφράζει το πόσο ζεστό ή πόσο κρύο είναι ένα σώμα και αποτελεί μέτρο της κίνησης των δομικών μονάδων της ύλης.

H χημική θερμοδυναμική μελετά όλες τις ενεργειακές μετατροπές που συνοδεύουν μια χημική μεταβολή (αντίδραση).

H Θερμοχημεία (που είναι κλάδος της χημικής θερμοδυναμικής): μελετά τις ενεργειακές μεταβολές που συνοδεύουν τις χημικές αντιδράσεις. μελετά τα ποσά θερμότητας που μεταφέρονται κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων από τις χημικές ουσίες προς το περιβάλλον και αντίστροφα.

-29-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου εξετάζει τις προϋποθέσεις κάτω από τις οποίες μια χημική αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί αυθόρμητα.

Θερμοχημικές εξισώσεις

Κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων διασπώνται ορισμένοι χημικοί δεσμοί των αντιδρώντων και δημιουργούνται χημικοί δεσμοί των προϊόντων. Όταν διασπάται ένας χημικός δεσμός απορροφάται ενέργεια από το περιβάλλον. Όταν σχηματίζεται ένας χημικός δεσμός ελευθερώνεται ενέργεια στο περιβάλλον. (Το χημικό σύστημα είναι οι ουσίες που παίρνουν μέρος στη χημική αντίδραση και το περιβάλλον είναι κάθε τι άλλο). Όταν η απορροφούμενη ενέργεια είναι ίση με την εκλυόμενη ενέργεια δεν μεταφέρεται ενέργεια στο περιβάλλον ή αντίστροφα Η χημική αντίδραση λέγεται θερμοουδέτερη. Όταν η απορροφούμενη ενέργεια είναι μικρότερη από την εκλυόμενη ενέργεια μεταφέρεται ενέργεια από το χημικό σύστημα στο περιβάλλον, η αντίδραση λέγεται εξώθερμη. Χαρακτηριστικό παράδειγμα εξώθερμης αντίδρασης είναι η καύση του άνθρακα, η καύση των υδρογονανθράκων κ.α. Όταν η απορροφούμενη ενέργεια είναι μεγαλύτερη από την εκλυόμενη ενέργεια μεταφέρεται ενέργεια στο χημικό σύστημα, η αντίδραση λέγεται ενδόθερμη. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ενδόθερμης αντίδρασης είναι η διάσπαση του νερού με ηλεκτρόλυση. Οι χημικές αντιδράσεις που ελευθερώνουν ενέργεια στο περιβάλλον με μορφή θερμότητας, λέγονται εξώθερμες και οι χημικές αντιδράσεις που απορροφούν ενέργεια από το περιβάλλον με μορφή θερμότητας λέγονται ενδόθερμες.

-30-

2η ενότητα - Θερμοχημεία

Θερμοχημικές εξισώσεις Όταν καίγεται 1 mol άνθρακα ελευθερώνεται στο περιβάλλον ποσότητα θερμότητας ίση με 94 kcal. Το φαινόμενο εκφράζεται με τη χημική εξίσωση: C(s) + O2(g) → CO2(g) + 94 Kcal Με άλλα λόγια η χημική ενέργεια που περικλείεται σε 1 mol C(s) και 1 mol O2(g) είναι μεγαλύτερη κατά 94 kcal από τη χημική ενέργεια που περικλείεται σε 1 mol CO2(g). Η ποσότητα της θερμότητας που ελευθερώνεται είναι πολύ μικρή σε σχέση με τη χημική ενέργεια του συστήματος. “Η μεταβολή της χημικής ενέργειας του συστήματος λέγεται μεταβολή της ενθαλπίας (συμβολίζεται ΔΗ) και είναι ίση με το ποσό της θερμότητας q που εκλύεται ή απορροφάται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης αρκεί η πίεση να είναι σταθερή”. Ισχύει:

ΔΗ = Ητελική - Ηαρχική

Στις εξώθερμες αντιδράσεις:

Ητελική < Ηαρχική άρα ΔΗ < 0

Στις ενδόθερμες αντιδράσεις:

Ητελική > Ηαρχική άρα ΔΗ > 0

Θερμοουδέτερες λέγονται η αντιδράσεις στις οποίες ΔΗ = 0 Η μεταβολή της ενθαλπίας έχει αντίθετο πρόσημο από τη θερμότητα. Όταν μια χημική εξίσωση αναγράφει στο δεξιό μέρος τη μεταβολή της ενθαλπίας ή τη θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται κατά τη διάρκεια της χημικής αντίδρασης, τότε η χημική εξίσωση λέγεται θερμοχημική. Ακολουθούν χαρακτηριστικά παραδείγματα θερμοχημικών εξισώσεων. Εξώθερμη

C(s) + O2(g) → CO2(g), ΔΗ = -94 Kcal

C(s) + O2(g) → CO2(g) + 94 Kcal

Ενδόθερμη

H2O → H2 + ½ O2, ΔΗ = + 68 Kcal

H2O → H2 + ½ O2 - 68 Kcal

Παρατήρηση: Η ενθαλπία ενός συστήματος είναι καταστατική ιδιότητα. Οι καταστατικές ιδιότητες εξαρτώνται από την ποσότητα και τις συνθήκες στις οποίες βρίσκεται το σύστημα. Δεν εξαρτώνται από τον τρόπο με τον οποίο έφτασε το χημικό σύστημα στην κατάσταση στην οποία βρίσκεται. Για παράδειγμα n mol μιας ουσίας σε πίεση P και θερμοκρασία Τ έχουν πάντα την ίδια ενθαλπία ανεξάρτητα από το τρόπο με τον οποίο σχηματίστηκε αυτή η ουσία.

-31-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου

Ασκήσεις Από το σχολικό βιβλίο: Ερωτήσεις - Ασκήσεις: 1,2,11(α,β),12(α,β) 1.

Πότε η ενθαλπία της αντίδρασης είναι κατ’ απόλυτη τιμή ίση με την ποσότητα θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται; Λύση Όταν η αντίδραση πραγματοποιείται υπό σταθερή πίεση

2.

Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση σε καθεμία από τις επόμενες ερωτήσεις. Α. Σε κάθε ενδόθερμη αντίδραση ισχύει:

α. ΔΗ < 0

β. Ηαvτιδρώντων > Ηπροϊόντων

γ. ΔΗ = 0

δ. Ηπροϊόντων > Ηαvτιδρώντων Β. Η μεταβολή ενθαλπίας ΔΗ είναι ίση με το ποσό θερμότητας που

ανταλλάσσεται με το περιβάλλον όταν η αντίδραση γίνεται:

α. υπό σταθερή πίεση

β. υπό σταθερή θερμοκρασία

γ. σε θερμοκρασία 25 °C

δ. υπό σταθερό όγκο Λύση Α.

Β.

3.

Στις ενδόθερμες αντιδράσεις απορροφάται ενέργεια από το περιβάλλον επομένως η χημική ενέργεια των προϊόντων είναι μεγαλύτερη από τη χημική ενέργεια των αντιδρώντων. Σωστή η δ. α.

Η ενθαλπία ενός συστήματος είναι: α. μέγεθος που μετριέται εύκολα β. η δυναμική ενέργεια του συστήματος γ. η κινητική ενέργεια του συστήματος δ. καταστατική ιδιότητα Λύση Σωστή είναι η δ

4.

Τι εννοούμε όταν λέμε ότι η ενθαλπία είναι καταστατική ιδιότητα; Λύση Οι καταστατικές ιδιότητες εξαρτώνται από την ποσότητα και τις συνθήκες στις οποίες βρίσκεται το σύστημα. Δεν εξαρτώνται από τον τρόπο με τον οποίο έφτασε το χημικό σύστημα στην κατάσταση στην οποία βρίσκεται.

-32-

2η ενότητα - Θερμοχημεία 5.

Ο σχηματισμός χημικών δεσμών είναι: α. εξώθερμη β. ενδόθερμη γ. θερμοουδέτερη δηλαδή δεν εκλύεται ούτε απορροφάται θερμότητα δ. ενδόθερμη, εξώθερμη ή θερμοουδέτερη ανάλογα με το είδος του δεσμού Λύση Σωστή είναι η α

6.

Για τη χημική αντίδραση (καύση του άνθρακα): C(s) + O2(g) → CO2(g), ισχύει: α. ΔΗ > 0 και q > 0 β. ΔΗ < 0 και q > 0 γ. ΔΗ > 0 και q < 0 δ. ΔΗ < 0 και q < 0 Λύση Η καύση είναι εξώθερμη αντίδραση επομένως ισχύει η β

7.

Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λάθος. α. Η ενθαλπία ενός συστήματος είναι ίση με την κινητική ενέργεια των σωματιδίων του συστήματος. β. Η ενθαλπία 1 mol CO σε πίεση 1 atm και θερμοκρασία 27 °C είναι σταθερή ανεξάρτητα από τον τρόπο που παρασκευάστηκε το CO. γ. Ένα σύστημα έχει ενθαλπία δεν έχει θερμότητα. δ. Κατά την καύση των χημικών ενώσεων ελευθερώνεται θερμότητα στο περιβάλλον. ε. Οι μετατροπές της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική εξετάζονται από την θερμοχημεία. Λύση α-Λ β-Σ γ-Σ δ-Σ ε-Λ

είναι άθροισμα κινητικών και δυναμικών ενεργειών είναι καταστατική ιδιότητα η θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από σώμα σε σώμα είναι εξώθερμη αντίδραση εξετάζονται από την ηλεκτροχημεία

-33-