Kemiskolan - gratis kurs och test på nätet


Kemiskolans kurs i
allmän kemi

  1. Startsida
  2. Söksida
  3. Inledning
  4. Atomens historia
  5. Atommassa
  6. Elektron-konfiguration
  7. Radioaktivitet
  8. Kemiska ämnesformler
  9. Kemiska reaktionsformler
  10. Det periodiska systemet
  11. Substansmängd
  12. Lösningar
  13. Gaser
  14. Massa och molmassa
  15. Kemisk bindning
  16. Termokemi, Hess lag
  17. Entalpiberäkningar
  18. Entropi och fri energi
  19. Syror och baser
  20. Kemisk jämvikt
  21. Övningar med facit

Termokemi, Hess lag

Termokemi betyder läran om värmetransport inom kemin. En mer allmän benämning är kemisk termodynamik som behandlar energitransporter vid kemiska reaktioner.

Det är inte bara energi som transporteras genom att bindningar bryts och bildas. Även atomer transporteras mellan molekyler eller på annat sätt. Man kan kalla läran om detta för kemisk partikeldynamik. Med kemisk dynamik avses all rörelse vid kemiska reaktioner såväl partikelrörelse som energitransport.

Vi börjar med en erfarenhetslag och några begrepp vi sedan länge väl känner till och fortsätter sedan framställningen med några nya begrepp och Hess lag.

Värmelagen - Värme överförs (genom ledning, strålning, strömning) alltid från en varmare plats till en kallare plats. OBS! Kylan läcker inte ut, kylan kryper inte in!

Värme är det vi kan känna på huden!

Temperatur är ett mått på hur varmt det är. Enhet för temperatur är Kelvin. För att omvandla från oC till Kelvin lägger man till 273,15. Vi kan uttrycka det med en formel där T är temperaturen i Kelvin (den absoluta temperaturen) och t är temperaturen i oC:

T / K = 273,15 + t / oC

System kallas den begränsade del av universum vi studerar t ex provröret eller det kemiska reaktionskärlet.

Entalpi, H, betyder värmeinnehåll och infördes av Hess

Ändring i entalpi ΔH definierar vi som

ΔH = H(produkter) - H(reaktanter)

Exoterm reaktion - värme avges vid reaktionen ΔH < 0

Endoterm reaktion - värme upptas vid reaktionen ΔH > 0

Hess lag - Om en reaktion i ett system sker mellan givna begynnelse- och sluttillstånd så är ändringen i systemets värmeinnehåll vid reaktionen alltid lika stor oavsett hur reaktionen sker. Entalpiändringen är oberoende av reaktionsvägen.

Exempel 1. Värmeinnehållet hos 1 mol vatten ökar med 6,01 kJ vid övergången från fast till flytande om isen får smälta i en mikrovågsugn. Hur mycket ändras värmeinnehållet om isen får smälta i en gryta på spisen?

Lösning

Enligt Hess lag ändras värmeinnehållet med 6,01 kJ. Det blir förmodligen större värmeförluster på spisen men de kommer inte vattnet till godo.


Exempel 2. Vatten bildas då en vätgaslåga får brinna i luft som innehåller syre.

Reaktionsformeln är:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)

Vid denna reaktion minskar värmeinnehållet med 285,8 kJ per mol bildat vatten. Hur mycket minskar värmeinnehållet om man blandar vätgas och luft så att "knallgas" bildas och antänder den?

Lösning

Reaktionen med "knallgas" går mycket fort men Hess lag säger att ändringen i värmeinnehåll är oberoende av reaktionsvägen så värmeinnehållet minskar med 285,8 kJ per mol bildat vatten.

Bildningsentalpin är ΔH då ämnet bildas ur grundämnena. Betecknas ΔHf.

Standardtillstånd är 1 atm tryck, stabilaste form av grundämnena, lösningar med koncentrationen 1 mol/dm3.

Standardbildningsentalpin är ΔH då 1 mol av ämnet bildas ur grundämnena vid standardtillstånd. Vanligen tabelleras värden som gäller vid temperaturen 25 oC.Betecknas ΔHf0. Den upphöjda nollan (0) betyder standardtillstånd.

Av exemplet 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) framgår att ΔHf0(H2O(l)) = -285,8 kJ/mol

Reaktionsentalpin ΔHr är entalpiändringen vid en reaktion så som den beskrivs av reaktionsformeln. För exemplet 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) är ΔHr0 = -571,6 kJ/mol.

Enheten blir kJ/mol därför att koefficienterna i reaktionsformeln anger ett antalsförhållande och är enhetslösa. De kan ju tolkas som molekyler eller mol molekyler eller på något annat sätt.

Reaktionsentalpin beräknas som skillnaden i värmeinnehåll mellan produkter och reaktanter vilket är det samma som skillnaden i bildningsentalpi mellan produkter och reaktanter.

ΔHr0 = ΔHf0(produkter) - ΔHf0(reaktanter)

Vi kan förklara formeln så här. De grundämnen som behövs för att bilda reaktanterna kan också restlöst bilda produkterna om reaktionsformeln är balanserad. Därför är värmeinnehållet i de grundämnen som bildat produkterna lika stort som värmeinnehållet i de grundämnen som bildat reaktanterna. Således gäller att:

H0(grundämnen som bildat produkter) = H0(grundämnen som bildat reaktanter) =
H0(grundämnen)

För reaktionsentalpin gäller då:

ΔHr0 = H0(produkter) - H0(reaktanter) =
H0(produkter) - H0(grundämnen) - H0(reaktanter) + H0(grundämnen) =
H0(produkter) - H0(grundämnen) - [H0(reaktanter) - H0(grundämnen)] =
ΔHf0(produkter) - ΔHf0(reaktanter)

För en reaktion som

p A + q B → r C + s D

blir

ΔHr0 = r · ΔHf0(C) + s · ΔHf0(D) - [p · ΔHf0(A) + q · ΔHf0(B)]

Förbränningsentalpi ΔHc är ändringen i värmeinnehåll vid fullständig förbränning av ett ämne.

Kalorimetri är en vanlig metod för att bestämma ändring i värmeinnehåll. Kalori är en äldre enhet för värme.

Kemiskolan sponsras genom annonsering.

banner

Denna sida finns på KemiskolanChemistry for Free (www.chem4free.info)


Ansvarig för Kemiskolan är Christer Svensson.
Fler publikationer av samme författare finns på Chemistry for Free