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