بیایید در مورد اینکه گرمای تشکیل چیست صحبت کنیم و همچنین شرایطی را که استاندارد نامیده می شوند را تعریف کنیم. برای درک این موضوع، به تفاوت بین مواد ساده و پیچیده پی خواهیم برد. برای تثبیت مفهوم "گرمای تشکیل"، معادلات شیمیایی خاصی را در نظر بگیرید.
آنتالپی استاندارد تشکیل مواد
در واکنش برهمکنش کربن با هیدروژن گازی ۷۶ کیلوژول انرژی آزاد می شود. در این حالت، این رقم اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی است. اما این نیز گرمای تشکیل یک مولکول متان از مواد ساده است. "چرا؟" - تو پرسیدی. این به دلیل این واقعیت است که اجزای اولیه کربن و هیدروژن بودند. 76 کیلوژول بر مول انرژی خواهد بود که شیمیدانان آن را "گرمای تشکیل" می نامند.
جدول داده
در ترموشیمی، جداول متعددی وجود دارد که گرمای تشکیل مواد شیمیایی مختلف از مواد ساده را نشان می دهد. برای مثال، گرمای تشکیل ماده ای که فرمول آن CO2 است، در حالت گازی.دارای شاخص 393.5 کیلوژول بر مول است.
ارزش عملی
چرا به این مقادیر نیاز داریم؟ گرمای تشکیل مقداری است که هنگام محاسبه اثر حرارتی هر فرآیند شیمیایی استفاده می شود. برای انجام چنین محاسباتی، اعمال قانون ترموشیمی مورد نیاز است.
ترموشیمی
او قانون اساسی است که فرآیندهای انرژی مشاهده شده در فرآیند یک واکنش شیمیایی را توضیح می دهد. در طول تعامل، تحولات کیفی در سیستم واکنش مشاهده می شود. برخی از مواد ناپدید می شوند، اجزای جدید به جای آن ظاهر می شوند. چنین فرآیندی با تغییر در سیستم انرژی داخلی همراه است که خود را به صورت کار یا گرما نشان می دهد. کار مرتبط با انبساط دارای حداقل شاخص برای تبدیلات شیمیایی است. گرمای آزاد شده در تبدیل یک جزء به ماده دیگر می تواند زیاد باشد.
اگر انواع دگرگونی ها را در نظر بگیریم، تقریباً برای همه، مقدار معینی گرما جذب یا آزاد می شود. برای توضیح پدیده های رخ داده، بخش خاصی ایجاد شد - ترموشیمی.
قانون هس
به لطف قانون اول ترمودینامیک، محاسبه اثر حرارتی بسته به شرایط یک واکنش شیمیایی ممکن شد. محاسبات بر اساس قانون پایه ترموشیمی، یعنی قانون هس است. ما فرمول آن را ارائه می دهیم: اثر حرارتی یک تبدیل شیمیاییبا ماهیت، حالت اولیه و نهایی ماده مرتبط است، با نحوه انجام تعامل ارتباطی ندارد.
چه چیزی از این عبارت نتیجه می شود؟ در صورت به دست آوردن یک محصول خاص، نیازی به استفاده از یک گزینه تعامل نیست، می توان واکنش را به روش های مختلف انجام داد. در هر صورت، مهم نیست که چگونه ماده مورد نظر را به دست آورید، اثر حرارتی فرآیند همان مقدار خواهد بود. برای تعیین آن، لازم است اثرات حرارتی همه تبدیل‌های میانی خلاصه شود. به لطف قانون هس، انجام محاسبات شاخص های عددی اثرات حرارتی امکان پذیر شد که انجام آن در یک کالری متر غیرممکن است. به عنوان مثال، از نظر کمی گرمای تشکیل ماده مونوکسید کربن بر اساس قانون هس محاسبه می شود، اما شما نمی توانید آن را با آزمایش های معمولی تعیین کنید. به همین دلیل است که جداول ویژه ترموشیمیایی بسیار مهم هستند که در آنها مقادیر عددی برای مواد مختلف وارد شده است که در شرایط استاندارد تعیین می شود
نکات مهم در محاسبات
با توجه به اینکه گرمای تشکیل اثر حرارتی واکنش است، وضعیت تجمع ماده مورد نظر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به عنوان مثال، هنگام اندازه گیری، مرسوم است که به جای الماس، گرافیت را به عنوان حالت استاندارد کربن در نظر بگیرید. فشار و دما نیز در نظر گرفته می شود، یعنی شرایطی که در ابتدا اجزای واکنش دهنده در آن قرار داشتند. این کمیت های فیزیکی می توانند تأثیر قابل توجهی بر تعامل، افزایش یا کاهش ارزش انرژی داشته باشند. برای محاسبات اولیه،در ترموشیمی، مرسوم است که از شاخص های خاصی از فشار و دما استفاده شود.
شرایط استاندارد
از آنجایی که گرمای تشکیل یک ماده، تعیین میزان اثر انرژی در شرایط استاندارد است، آنها را به طور جداگانه مشخص می کنیم. دما برای محاسبات 298 K (25 درجه سانتیگراد)، فشار - 1 اتمسفر انتخاب شده است. علاوه بر این، یک نکته مهم قابل توجه این واقعیت است که گرمای تشکیل برای هر ماده ساده صفر است. این منطقی است، زیرا مواد ساده خود را تشکیل نمی دهند، یعنی برای تشکیل آنها انرژی صرف نمی شود.
عناصر ترموشیمی
این بخش از شیمی مدرن از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا در اینجا است که محاسبات مهم انجام می شود، نتایج خاصی به دست می آید که در مهندسی برق حرارتی استفاده می شود. در ترموشیمی مفاهیم و اصطلاحات زیادی وجود دارد که برای به دست آوردن نتایج مطلوب باید عمل کرد. آنتالپی (ΔH) نشان می دهد که فعل و انفعالات شیمیایی در یک سیستم بسته رخ داده است، هیچ تاثیری بر واکنش از دیگر معرف ها وجود ندارد، فشار ثابت است. این شفاف سازی به ما امکان می دهد در مورد دقت محاسبات انجام شده صحبت کنیم.
بسته به نوع واکنشی که در نظر گرفته می شود، بزرگی و علامت اثر حرارتی حاصل ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بنابراین، برای تمام تبدیلات شامل تجزیه یک ماده پیچیده به چندین جزء ساده تر، جذب گرما در نظر گرفته می شود. واکنش های ترکیب بسیاری از مواد اولیه در یک محصول پیچیده تر همراه استآزاد کردن مقدار قابل توجهی انرژی.
نتیجه گیری
هنگام حل هر مسئله ترموشیمیایی، از همان الگوریتم اعمال استفاده می شود. ابتدا مطابق جدول، برای هر جزء اولیه و همچنین برای محصولات واکنش، مقدار گرمای تشکیل تعیین می شود، بدون اینکه حالت تجمع فراموش شود. بعلاوه، مسلح به قانون هس، معادله ای برای تعیین مقدار مورد نظر می سازند.
باید توجه ویژه ای به در نظر گرفتن ضرایب استریوشیمیایی که در مقابل مواد اولیه یا نهایی در یک معادله خاص وجود دارد معطوف شود. اگر مواد ساده ای در واکنش وجود داشته باشد، گرمای استاندارد تشکیل آنها برابر با صفر است، یعنی چنین اجزایی بر نتیجه به دست آمده در محاسبات تأثیر نمی گذارد. بیایید سعی کنیم از اطلاعات دریافتی در مورد یک واکنش خاص استفاده کنیم. اگر فرآیند تشکیل فلز خالص از اکسید آهن (Fe3+) را به عنوان مثال در اثر برهمکنش با گرافیت در نظر بگیریم، در کتاب مرجع می توانید مقادیر را پیدا کنید. از گرمای استاندارد تشکیل. برای اکسید آهن (Fe3+) -822.1 کیلوژول بر مول خواهد بود، برای گرافیت (یک ماده ساده) برابر با صفر است. در نتیجه واکنش، مونوکسید کربن (CO) تشکیل می شود که برای آن این شاخص دارای مقدار 110.5 کیلوژول در مول است و برای آهن آزاد شده، گرمای تشکیل برابر با صفر است. رکورد گرمای استاندارد تشکیل یک برهمکنش شیمیایی به صورت زیر مشخص می شود:
ΔHo298=3× (-110.5) - (-822.1)=-331.5 + 822.1=490.6 کیلوژول.
تجزیه و تحلیلبا نتیجه عددی به دست آمده بر اساس قانون هس، می‌توان نتیجه‌گیری منطقی داشت که این فرآیند یک تبدیل گرماگیر است، یعنی شامل صرف انرژی برای واکنش کاهش آهن از اکسید سه ظرفیتی آن می‌شود.
