Práce v chemii řízená změna energie vycházející z děje (chemického) Energie - kynetická, solární, termální, chemická, potenciální

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Práce v chemii řízená změna energie vycházející z děje (chemického) Energie - kynetická, solární, termální, chemická, potenciální"

Mária Jandová
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Termodynamika 1

2 Energie Schopnost konat práci Práce v chemii řízená změna energie vycházející z děje (chemického) Energie - kynetická, solární, termální, chemická, potenciální 2

3 Otevřená soustava Termodynamika studuje fyzikální a chemické děje v systémech (soustavách) z hlediska energie Proč některé reakce produkují teplo (NaOH + H 2 O) a jiným musíme teplo dodávat? 3

4 Uzavřená soustava K popisu stavu, v jakém se soustava nachází používáme STAVOVÉ veličiny Tlak P; Hmotnost m; Teplota T; Objem - V 4

5 Izolovaná soustava (nereálná) Extenzivní stavové vel. závisí na velikosti soustavy m, V 5

6 P,T konstantní tlak, nebo teplota Izobarický a izotermický děj t [s] Intenzivní stav. vel. nezávisí na velikosti soustavy T, P Snaha o udržení alespoň jedné intenzivní vel. konstantní proč? 6

7 Termochemie Tepelné zabarvení reakcí Entalpie H Extenzivní stavová veličina vlastnost látek. Nelze ji absolutně měřit relativní hodnota vztažená ke standardnímu stavu Standardní stav 298,15 K, 101,325 kpa H=0 7

8 Termochemie Tepelné zabarvení reakcí Reakční teplo H množství tepla, které soustava vymění s okolím při reakci v rozsahu jednoho molu reakčních přeměn za konstantního tlaku. Jednotka - [J] (jouly) Jedná se o stavovou veličinu? 8

9 H Výchozí látky Termochemie H<0 Produkty Reakce změna stavu Exotermní reakce záporná změna reakčního tepla systém ztratil energii (ochladil se zahřál okolí) 9

10 H Produkty Termochemie H>0 Výchozí látky Reakce změna stavu Endotermní reakce kladná změna reakčního tepla systém přijal energii (získal teplo ochladil okolí) 10

11 Termochemie I. Reakční teplo přímé a protisměrné reakce je stejné až na znaménko (Laplace Lavoisier) 2H 2 + O kj +483 kj 2H 2 O 11

12 Termochemie II. Výsledné reakční teplo reakce nezávisí na průběhu, pouze na koncových stavech (Hess) Uhlík C (s) -393,6 kj CO 2 (g) CO (g) meziprodukt 12

13 Standardní slučovací teplo H (sluč) [Kj.mol 1 ] Termochemie Je to reakční teplo, které se uvolní při vzniku 1 molu látky (sloučeniny) přímo z prvků. Standardní slučovací tepla jsou nulová pro prvky Pro sloučeniny se určují a upřesňují měřením (empiricky) Umožňují spočítat reakční tepla reakcí 13

14 Termochemie Výpočet reakčního tepla ze standardních slučovacích tepel reaktantů a produktů H = H 0 sluč (prodkukty) - H 0 sluč (reakt.) Standardní sluč. tepla jednotlivých látek je třeba násobit stechiometrickými koef. dle rovnice rce. 14

15 Termochemie Standardní spalné teplo H (spal) [Kj.mol 1 ] Je to teplo, které se uvolní při spálení 1 molu látky (sloučeniny) na nejstálejší oxidy (snažší určení). Pro sloučeniny se určují a upřesňují měřením (empiricky) Umožňují spočítat reakční tepla reakcí 15

16 Termochemie Výpočet reakčního tepla ze standardních spalovacích tepel reaktantů a produktů H = H 0 spal (raktanty) - H 0 spal (produkty) Standardní spalná tepla jednotlivých látek je třeba násobit stechiometrickými koef. dle rovnice rce. 16

17 Kinetika c t 17

18 Reakční kinetika Zabývá se rychlostí reakcí z různých hledisek Na atomární úrovni lze reakci nahlížet jako sérii srážek doprovázenou zánikem původních a vznikem nových vazeb. Mechanismus reakce popisují v zásadě dvě teorie: Teorie aktivních srážek (TAS) Teorie aktivovaného komplexu (TAK) 18

19 Teorie aktivních srážek Srážka molekul je pro reakci nezbytná. Kolidující částice musí mít navíc dostatečnou energii musí dojít ke zrušení původních vazeb = = endotermní děj = spotřeba energie. Minimální energie částic pro účinnou srážku AKTIVAČNÍ ENERGIE E A. 19

20 E Energetický val reakce E A E A H Výchozí látky Reakce Produkty Reakční koordináta 20

21 Teorie aktivních srážek Vnitřní energii částic lze ovlivnit dodáním energie ve formě tepla. Počet efektivních srážek v systému roste s rostoucí teplotou systému Tzn.: Více částic bude dosahovat aktivační energie Tzn.: Snížením teploty lze reakci efektivně zpomalovat (praktické využití vymyslete tři příklady) 21

22 Teorie aktivních srážek Efektivita reakce nezávisí pouze na vnitřní energii č. Může reakce proběhnout, pokud se molekuly srazí, ale nesprávnými konci? Další podmínkou pro efektivní srážku je VHODNÁ PROSTOROVÁ ORIENTACE reagujících molekul 22

23 CO (g) + NO 2 (g) CO 2 (g) + NO (g) C O O OK N O C O X N O O 23

24 Teorie aktivovaného komplexu Množství pozorovaných efektivních srážek převyšovalo teoretický odhad založený na TAS Tzn.: V průběhu reakce existuje mechanismus, který pomáhá snižovat E A Tímto mechanismem může být vznik AKTIVOVANÉHO KOMPLEXU 24

25 H + I-I H I I HI + I H I + H I I I H I + I Akt. komplex SOUČASNĚ oslabení starých (I-I) a tvorba nových vazeb (H I) 25

26 Oslabení starých vazeb spotřeba E Tvorba nových vazeb uvolnění E Probíhá současně energetická bilance je proto příznivější než u TAS Lépe odpovídá zkušenosti (empirickým hodnotám) Porovnej teoretické hodnoty TAS a TAK v grafu 26

27 E E A(TAS) E A(TAK) H Vých. l. Reakce Produkty Reakční koordináta 27

28 Reakční rychlost Obecně pro zvratnou rci a A + b B c C + d D v = 1 a [A] t = 1 b [B] t = 1 c [C] t = 1 d [D] t [A] molární koncentrace látky A a stechiometrický koeficient látky A [A] změna molární koncentrace látky A t - změna času 28

29 Reakční rychlost Rychlost reakce lze definovat přes úbytky jednotlivých látek v a = [A] t v b = [B] t [D] v d = t (doplň samostatně C) Je třeba uvádět indexem, přes kterou látku rychlost vyjadřuji, protože [A] a = = [B] b v a v b a [A] a = = [D] d v a v d 29

30 Koncentrace Koncentrace Reakční rychlost C A C B t t c A c B Čas t Která reakce probíhá rychleji? Čas t 30

31 Reakční rychlost Rychlost reakce lze zjistit také z okamžitých koncentrací reagujících látek (Gultberg a Waage): v 1 Obecně pro reakci a A + b B c C + d D v 2 V 1 =k 1.[A] a.[b] b V 2 =k 2.[C] c.[d] d K 1,K 2 = rychlostní konstanty. Závislé na T a typu reakce tabelováno 31

32 Reakční rychlost Parametr, která má největší vliv na rychlost chemické reakce: MOLÁRNÍ KONCENTRACE reaktantů/produktů Koncentrace reagujících látek se v průběhu reakce mění - vyjádřete do grafu jak 32

33 Koncentrace C t Reakce v dynamické rovnováze c A,B t c C,D Čas t 33

34 Rychlost v t v 1(A+B C+D) Reakce v dynamické rovnováze v A+B C+D t M Čas t N 34

35 Reakční rychlost V bodě M: V 1 (A+B C+D) >> v 2 (A+B C+D) V bodě N: V 1 (A+B C+D) = v 2 (A+B C+D) 35

36 Reakční rychlost V 1 =k 1.[A] a.[b] b V 2 =k 2.[C] c.[d] d Od bodu N můžeme psát: v 1 = v 2 k 1.[A] a.[b] b = k 2.[C] c.[d] d k 1 k 2 K = = [C] c.[d] d [A] a.[b] b [C] c.[d] d [A] a.[b] b 36

37 Reakční rychlost K = [C] c.[d] d [A] a.[b] b K - rovnovážná konstanta reakce [A],[B],[C],[D] v tomto vztahu rovnovážné koncentrace Jak prakticky poznám, že systém dosáhl v reakci dynamické rovnováhy?.. 37

38 Reakční rychlost příklad i Po ustavení rovnováhy v roztoku byly naměřeny následující koncentrace látek: N 2 = 0,425 H 2 = 0,575 NH 3 = 0,150 Vypočítejte rovnovážnou konstantu reakce 38

39 Reakční rychlost příklad ii Po ustavení rovnováhy v roztoku byly naměřeny následující koncentrace látek: H 2 = 5, I 2 = 3, HI = 2, Vypočítejte rovnovážnou konstantu reakce 39

40 Rovnovážná konstanta K c reakce Reakční rychlost H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) má hodnotu K c = 56,4 (při 721,15 K). příklad iii Jaké množství HI obsahuje rovnovážná směs, když smísíme: a)1 mol H 2 a 1 mol I 2 b)8 mol H 2 a 1 mol I 2 40

41 Reakční rychlost Vliv teploty na rychlost (Van t Hoff): T = +10 C v ~ 4.v POZOR mění se rovnovážná konstanta Rovnovážná konstanta je funkcí teploty a v tabulkách se udává pro. 41

42 E Reakční rychlost A B A + B K Úspora E A A + B E A1 A +B + K A + BK A B K H E A2 E A3 H AB AB + K Vliv katalyzátorů K na rychlost rce Reakční koordináta 42

Podobné dokumenty

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115 Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0410 Číslo šablony: 22 Název materiálu: Ročník: Identifikace materiálu: Jméno autora: Předmět: Tématický celek: