energija - hemija.mehemija.me/wp-content/uploads/2018/11/energija-hemijskih-reakcija.pdf · •...

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Sistem i okruženje

• Proučavajući reakciju unutar cilindra:

• 2H2(g) +O2->2H2O(g)+toplota

• Sistem uključuje molekule koje posmatramo (H2 i O2), reaktante i produkte.

• Okruženje je sve ostalo (cilindar, klip).

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Energija

• Sposobnost da se izvrši rad ili prenese toplota.

– Rad: prenos E iz jednog sistema u drugi, djelovanjem sile.

– Toplota: prenos E usled razlike u temperaturi između sistema i

okoline.

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

MEDICINAHEMIJA STOMATOLOGIJA

Rad

• Energija potrebna da se objekat pomjeri duž neke distance.

w = F d,

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Toplota

• Toplota se prenosi sa toplijih na hladnije predmete

• Neuređen oblik predaje energije

• Predajom energije u obliku toplote, haotičnost kretanja u sistemu se povećava

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Potencijalna energija

– Energija hemijskih veza

– Energija atomskih jezgara

HEMIJSKA TERMODINAMIKAUNUTRAŠNJA ENERGIJA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Kinetička energija

– Energija kretanja molekula (translacionu, rotacionu i vibracionu)

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAUNUTRAŠNJA ENERGIJA

∆Upromjena unutrašnje energije

– Zavisi od T, vrste čestica i njihove količine

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAUNUTRAŠNJA ENERGIJA

Jedinica energije

• SI jedinica za energiju je: džul (J).

• Starija jdinica koj je još uvijek često u upotrebi je: kalorija (cal).

1 cal = 4.184 J

1 J = 1 kg m2

s2

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Prelazak energije

a) Kada se ova glinena loptica pomjera sa zemlje ka vrhu zida, povećava se njena potencijalna energija

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Prelazak energije

a) Kada se ova glinena loptica pomjera sazemlje ka vrhu zida, povećava se njenapotencijalna energija

b) Kada loptica pada, njena potencijalna energija se pretvara u kinetičku.

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Prelazak energije

a) Kada se ova glinena loptica pomjera sazemlje ka vrhu zida, povećava se njenapotencijalna energija

b) Kada loptica pada, njena potencijalna energija se pretvara u kinetičku.

c) Kada padne na zemlju, kinetička energija je nula (pošto se više ne pomjera); jedan dio energije ostaje vezan za lopticu, ostatak se raspršuj kao toplota.

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Energija ne može biti uništena ni stvorena.

• Ukupna energija sistema i njegove okoline je konstantna, pri čemu energija može da prelazi iz jednog oblika u drugi.

Use Fig. 5.5

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Prvi zakon termodinamike

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Promjena unutrašnje energije sistema je jednaka:

E = Ekrajnje − Epočetno

Use Fig. 5.5

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Ukupna energija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Ako je

E > 0, Ekrajnje > Epočetno

– U tom slučaju sistem apsorbuje energiju od okruženja.

– Te energetske promjene su endotermne.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAPromjena unutrašnje energije

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Ako je

E < 0, Ekrajnje < Epočetno

– U tom slučaju sistem oslobađaenergiju u okruženje.

– Te energetske promjene su egzotermne.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAPromjena unutrašnje energije

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Kada sistem prolazi kroz fizičku ili hemijsku promjenu, Ejednaka je toplotnoj energiji koju sistem otpušta ili prima plus rad koji sistem vrši ili se vrši nad sistemom.

E = q + w.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAPromjena unutrašnje energije

HEMIJA STOMATOLOGIJA

E, q, w, i njihovi predznaci

Za q + znači sistem prima toplotu - znači sistem gubi toplotu

Za w + rad koji sistem prima - rad koji sistem vrši

Za ∆E + znači sistem apsorbuje energiju - znači sistem oslobađa energiju

HEMIJSKA TERMODINAMIKAPromjena unutrašnje energije

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Kada sistem apsorbuje toplotu iz okruženja, proces je

endoterman.

HEMIJSKA TERMODINAMIKARazmjena toplote između sistema i okruženja

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Kada sistem apsorbuje toplotu iz okruženja, proces je

endoterman.

• Kada sistem oslobađa toplotu u okruženje, proces je

egzoterman

HEMIJSKA TERMODINAMIKARazmjena toplote između sistema i okruženja

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Stalan pritisak izobarni.

• Stalna zapremina izohorni

• Stalna temperatura izotermni

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Količina razmijenjene toplotne energije pri P=const

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

H = E + PV

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Kada se sistem mijenja pri konstantnom pritisku, H, je

H = (E + PV)

• Ili možemo pisati

H = E + PV

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Pošto jeE = q + w i w = −PV, promjenu entalpije

možemo izraziti:

H = E + PV

H = (q+w) − w

H = q

• Dakle, pri konstantnom pritisku, promjena entalpije je apsorbovana ili

oslobođena toplota.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Endoterman proces, H je pozitivna.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Endoterman proces, H je pozitivna.

• Egzoterman proces, H je negativna.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

promjena entalpije, H, je entalpija produkata minus entalpija reaktanata:

H = Hprodukata − Hreaktanata

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

Kalorimetar

Mjerenje promjene termalne energije u jednom izolovanom sistemu

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAEntalpija reakcije

a A + b B → c C + d D

o o o

r

o o o o o

r

o o o o o

r f f f f

= (produkti) (reaktanti)

= (C) + (D) (A) + (B)

= (C) + (D) (A) + (B)

H H H

H cH dH aH bH

H c H d H a H b H

o

f H→ − standardna entalpija stvaranja

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAEntalpija reakcije

o

f H→ − standardna entalpija stvaranja

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Izračunaj standardnu reakcijsku entalpiju (ΔrH°) sagorijevanja etanola, koristeći odgovarajuće tablične vrijednosti standardnih entalpija stvaranja, pri 25 °C.

2 5 2 2 23 2 3C H OH(l) + O(g) CO(g) + H O(l),

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Izračunaj standardnu reakcijsku entalpiju (ΔrH°) sagorijevanja etanola, koristeći odgovarajuće tablične vrijednosti standardnih entalpija stvaranja, pri 25 °C.

2 5 2 2 23 2 3C H OH(l) + O(g) CO(g) + H O(l),

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Ukupan toplotni efekat hemijkoj procesa ne zavisi od puta kojim se proces odvija, već od početnog i krajnjeg stanja.

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Hesov zakon

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

entalpija nekog procesa je zbir vrijednosti entalpija

procesa na koje dati proces može biti rastavljen

HEMIJA STOMATOLOGIJA

H = nHf(produkti) - mHf(reaktanti)

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Thermochemistry

• Zamislite da se reakcija dešava u tri koraka:

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(grafit) + 4 H2 (g)

3 C(graphite) + 3 O2 (g) 3 CO2 (g)

4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Thermochemistry

• Zamislite da se reakcija dešava u tri koraka:

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(graphite) + 4 H2 (g)

3 C(graphite) + 3 O2 (g) 3 CO2 (g)

4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Thermochemistry

• Zamislite da se reakcija dešava u tri koraka:

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(graphite) + 4 H2 (g)

3 C(graphite) + 3 O2 (g) 3 CO2 (g)

4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Thermochemistry

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(graphite) + 4 H2 (g)

3 C(graphite) + 3 O2 (g) 3 CO2 (g)

4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

• Zbirna reakcija

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJA STOMATOLOGIJA

Thermochemistry

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(graphite) + 4 H2 (g)

3 C(graphite) + 3 O2 (g) 3 CO2 (g)

4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

• Zbirna reakcija

H = [3(-393.5 kJ) + 4(-285.8 kJ)] - [1(-103.85 kJ) + 5(0 kJ)]

= [(-1180.5 kJ) + (-1143.2 kJ)] - [(-103.85 kJ) + (0 kJ)]

= (-2323.7 kJ) - (-103.85 kJ)

= -2219.9 kJ

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi

tokom reakcije

Pretvara se u koristan rad

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi tokom

reakcije

Pretvara se u koristan rad

Ostaje u sistemu kao

vezana energija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi tokom

reakcije

Gibsova slobodna energija

Ostaje u sistemu kao

vezana energija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi tokom

reakcije

∆GOstaje u

sistemu kao vezana energija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi

tokom reakcije

∆G entropija

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi

tokom reakcije

∆G ∆S

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Energija ne može biti uništena ni stvorena.

• Ukupna energija sistema i njegove okoline je konstantna, pri čemu energija može da prelazi iz jednog oblika u drugi.

Use Fig. 5.5

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Prvi zakon termodinamike

HEMIJA STOMATOLOGIJA

• Entropija svemira teži k povećanju

• Prirodni procesi su spontani i ireverzibilni, praćeni su degradacijom energije, tj. povećanjem entropije

• neuređenost sistema– pokretačka snaga spontanosti procesa

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Drugi zakon termodinamike

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentropija

Drugim riječima:

Za reverzibilne procese:

Suniv = Ssistem + Sokruženje = 0

Za ireverzibilne procese:

Suniv = Ssistem + Sokruženje > 0

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentropija

Pri spontanom miješanju dva gasa:

S>0

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

• Entropija sistema raste sa porastom:

Temperature

Zapremine

Broja atoma u molekulu

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija koja se oslobodi tokom

reakcije

∆G ∆S

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

• Kada je S pozitivna, G je negativna.

• Dakle, kada je G negativna, proces je spontan.

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

• Ako je ΔG negativno spontana je direktna reakcija.

• Ako je ΔG=0sistem je u stanju ravnoteže.

• Ako je ΔG pozitivno spontana je povratna reakcija.

HEMIJA STOMATOLOGIJA

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Spontana na svim temperaturama

Nije spontana na svim temperaturama

Nije spontana na visokim T, spontana na niskim T

Nije spontana na niskim T, spontana na visokim T

HEMIJA STOMATOLOGIJA