fr_12_sem1_eu
DESCRIPTION
cursTRANSCRIPT
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 1 of 8
REACTII EXOTERME. REACTII ENDOTERME
EFECTE TERMICE IN REACTII CHIMICE
Reactiile chimice sunt totdeauna insotite de schimbari de temperatura,numite efecte
termice.
Termochimia studiaza efectele termice asociate reactiilor chimice,prin aplicarea
principiului I al termodinamicii.
Reactiile chimice pot fi:
exoterme;
endoterme.
Termenii endoterm si exoterm sunt asociati unui sistem termodinamic si unui sens al
transportului de caldura.
Sistemul termodinamic este sistemul chimic format din vasul de reactie si continutul
lui. Tot ceea ce este in afara vasului reprezinta mediul.
Intr-o reactie chimica exoterma sistemul cedeaza caldura mediului.
aA + bB cC + dD + Q ; Q=caldura de reactie
reactanti produsi de reactie
Intr-o reactie chimica endoterma sistemul absoarbe caldura din mediu.
aA + bB + Q cC + dD
Caldura de reactie este cantitatea de caldura absorbita sau degajata in reactiile
chimice.
Unitatea de masura pentru caldura de reactie,in sistemul international de unitati, este
joulul, J. Unitatea de masura tolerata este caloria,cal. 1 cal =4,184 J
Determinarea caldurii de reactie se realizeaza in conditii standard: T=298 K,p=1 atm.
Ecuatia reactiei chimice care contine termenul Q se numeste ecuatie termochimica.
Caldura de reactie depinde de starea de agregare a substantelor participante la
reactie si in ecuatia termochimica se indica starile de agregare:
s-solid
l-lichid
g-gaz
aq-solutie
Initial s-a studiat caldura degajata la arderea combustibililor.
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 2 of 8
Caldura de combustie este efectul termic asociat unei reactii de ardere completa a
unui mol de substanta la presiune de 1 atm si temperatura data.
Caldura de combustie este tabelata si exprimata in kcal/mol.
Puterea calorica a unui combustibil este cantitatea de caldura degajata la arderea
completa a unei mase de 1 kg, pentru combustibilii solizi si lichizi,sau a unui volum de 1
m3(c.n.) pentru combustibilii gazosi.
ENTALPIA DE REACTIE
Entalpia de reactie, H, reprezinta caldura de reactie determinata la presiune
constanta.
Entalpia (H) este o forma a energiei stocate in sistem. Nu se poate masura acest stoc.
Se masoara o variatie a cantitatii de energie a sistemului prin caldura schimbata cu mediul,
la presiune constanta, H.
Variatia de entalpie, H, intr-o reactie chimica este egala cu diferenta dintre suma
entalpiilor produsilor de reactie si suma entalpiilor reactantilor:
Pentru reactia : Reactanti Produsi de reactie avem
H = nprodusi*Hprodusi nreactanti*Hreactanti
Pentru reactia exoterma Q > 0, inseamna ca energia reactantilor > energia produsilor
de reactie, H < 0. Reprezentand grafic aceasta afirmatie:
Pentru reactia endoterma Q < 0, inseamna ca energia reactantilor < energia
produsilor de reactie, H > 0. Reprezentand grafic aceasta afirmatie:
Conventia de semn pentru variatia de entalpie si caldura de reactie este Q = H.
Daca scriem reactia generala:
aA + bB cC + dD ,unde a,b,c,d reprezinta numarul de moli de substanta A,B,C,D
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 3 of 8
H = ( c*Hf0C + d*Hf0D ) ( a*Hf0A + b*Hf0B ) , Hf0 =entalpia de formare standard
Entalpia de formare standard este caldura degajata sau absorbita, in reactia de
sinteza a unui mol de substanta din elemente componente, in conditii standard (250C,1atm).
Se gaseste tabelata si poate fi pozitiva sau negativa. Unitatea de masura este kJ/mol
sau kcal/mol.
Prin conventie Hf0 pentru substantele simple este zero.
Pe baza valorilor lui Hf0 se poate aprecia stabilitatea substantelor in conditii standard,
se pot calcula alte marimi termodinamice si scrie ecuatii termochimice.
Cu cat Hf0 este mai mica cu atat specia chimica este mai stabile.
Pe baza valorilor efectelor termice ale reactiilor chimice se poate prevedea sensul in
care un sistem evolueaza spontan (fara interventie din exterior) de la starea initiala la starea
finala.
Daca reactia este exoterma ea decurge spontan pe cand cea endoterma nu este
spontana.
LEGEA LUI HESS
In anul 1840 Hermann Hess a enuntat legea termochimiei, care este o aplicatie a legii
generale de conservare a energiei:
Intr-o reactie chimica, valoarea efectului termic depinde de starea initiala a
reactivilor si de cea finala a produsilor si nu depinde de etapele intermediare.
Aceasta lege permite folosirea ecuatiilor termochimice, asa cum se folosesc ecuatiile
algebrice.
Exemplu:
(ec 1) C(s) + 1/2O2(g) CO(g) + 26,40kcal H1= 26,40kcal
(ec 2) CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) + 67,60kcal H2= 67,60kcal
ec. finala
C(s) + O2(g) CO2(g) + 94kcal H= 94kcal
Se observa ca ec. finala se obtine prin adunarea (ec. 1) cu (ec.2)
Astfel variatia entalpiei reactiei directe de obtinere a dioxidului de carbon este
egala cu suma variatiei entalpiei pentru reactiile partiale.
H = H1 + H2 ;
94kcal =( 26,40kcal) + (67,60kcal)
Legea prezinta importanta pentru :
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 4 of 8
Calcularea variatiei de entalpie pentru reactiile care nu pot fi controlate
deoarece se desfasoara fie cu viteza foarte mare sau compusii rezultati sunt instabili.
Calcularea entalpiei standard de formare a unui compus cunoscand entalpia de
reactie si entalpia standard de formare pentru ceilalti compusi.
Aplicatie:
1. Entalpia de formare a metanului din elemente nu poate fi determinata
experimental.Reactia de formare a metanului este:
(4) C(s) + 2H2(g) CH4(g) Hf0CH4 =?kcal/mol
Se folosesc urmatoarele ecuatii termochimice:
(1) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H1 = 212,8kcal
(2) C(s) + O2(g) CO2(g) H2 = 94,05kcal
(3) H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H3 = 68,32kcal
Rezolvare:
(4) = (2) + 2*(3) (1.)
H4 = (Hf0CH4(g)) (Hf0C(s) + 2* Hf0H2(g)) ; H4 = Hf0CH4(g)
0 0
H4 = H2 + 2* H3 H1
H4 = [94,05 + 2*(68,32) (212,8)] = 17,89kcal/mol
Hf0CH4(g) = 17,89kcal/mol
REACTII LENTE. REACTII RAPIDE
Pe baza efectelor termice se poate stabili daca o reactie chimica are loc spontan in
sensul Reactivi Produsi de reactie, dar nu poti sa prevezi si timpul in care reactia are
loc. Datele experimentale arata ca exista reactii care au loc foarte rapid, altele mai lent si
unele nu au loc in conditii normale.
Este deci important sa se cunoasca si viteza cu care se produc reactiile chimice, fie
pentru a accelera reactiile chimice in care se obtin produsi utili, dar lent, fie pentru
incetinirea sau chiar stoparea reactiilor nedorite.
Cinetica chimica are ca obiect de studiu viteza rectiilor chimice.
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 5 of 8
a. Atunci cand in urma amestecarii a doi reactivi produsul de reactie se formeaza
imediat, reactia chimica este rapida (instantanee).
Reactiile chimice intre compusii ionici au loc instantaneu. Sunt reactii rapide.
Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq)
azotat iodura iodura azotat
de plumb de potasiu de plumb de potasiu
solutii incolore precipitat solutie incolora
galben
BaCl2(aq) + H2SO4(aq) BaSO4(s) + 2HCl(aq)
clorura acid sulfat acid
de bariu sulfuric de bariu clorhidric
NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq)
clorura azotat clorura azotat
de sodiu de argint de argint de sodiu
b. Atunci cand in urma amestecarii a doi reactivi aparitia produsului de reactie are loc
dupa un anumit timp, masurabil, reactia chimica este cu viteza moderata.
Exemplu :
Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g)
zinc acid clorura hidrogen
clorhidric de zinc
Reactia are loc in timp pana la consumarea totala a zincului
c. In viata de toate zilele se intalnesc multe reactii care au loc in cateva ore sau zile.
Acestea sunt reactii lente.
Exemple de reactii lente:
Ruginirea fierului;
Fermentatia alcoolica: C6H12O6 2CO2 + 2C2H5OH
glucoza dioxid alcool etilic
de carbon
In cinetica, viteza de reactie se exprima in raport cu o marime care variaza odata cu
desfasurarea reactiei si anume concentratia reactantilor sau a produsilor de reactie. Pe
masura ce reactia se desfasoara, reactantii se consuma si concentratia lor scade. In acelasi
timp, se formeaza produsii de reactie a caror concentratie creste.
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 6 of 8
Viteza medie de reactie pe un interval de timp este definita de relatia v=(c/t) si
reprezinta variatia concentratiei unui reactant sau a unui produs de reactie in unitatea de
timp
In definirea vitezei de reactie se utilizeaza concentratia molara, iar unitatea de
masura pentru viteza de reactie este:
[v]=(mol/L)/s=mol/(L*s)
Viteza medie de reactie poate fi exprimata in functie de concentratia reactantului(vr)
sau in functie de concentratia produsului de reactie(vp)
vr=cr/t < 0
vr < 0 pentru ca cr1>cr2
(concentratia reactantului scade in timp)
vp=cp/t > 0
vp>0 pentru ca cp1
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 7 of 8
dependenta vitezei de reactie de concentratia reactantilor se exprima matematic prin
relatia v=k [A]nA * [B] nB numita legea vitezei de reactie,unde:
v=viteza de reactie
k=factor de proportionalitate, numit constanta de viteza
[A],[B]=concentratiile molare ale reactantilor A si B
nA,nB=ordine partiale de reactie in raport cu A si respectiv cu B
Ordinul de reactie in raport cu un reactant arata in ce maniera variaza viteza de
reactie cu variatia concentratiei acelui reactant.
De exemplu, daca nA=1, viteza de reactie variaza direct proportional cu concentratia
reactantului A(v=k[A]), adica de cate ori creste concentratia reactantului A, de atatea ori
creste si viteza de reactie.
Ordinul total de reactie, notat cu n, se obtine prin insumarea ordinelor partiale de
reactie nA+nB=n. Ordinul de reactie nu este intodeauna un numar intreg. Multe reactii in faza
gazoasa au ordin de reactie fractionar.
Daca fiecare ordin partial de reactie este egal cu coeficientul stoechiometric
corespunzator (nA=a,nB=b) reactia este simpla si decurge conform ecuatiei reactiei. Pentru
realizarea transformarii trebuie sa se intalneasca in momentul ciocnirii a molecule din
reactantul A si b molecule din reactantul B.
Daca ordinele partiale de reactie nu sunt egale cu coeficientii stoechiometrici, reactia
este complexa si decurge printr-un alt mecanism, cu mai multe etape, decat cel indicat de
ecuatia reactiei.
CATALIZATORI. INHIBITORI
Catalizatorii sunt substante care participa la reactie marind viteza de reactie, dar se
regasesc calitativ si cantitativ alaturi de produsii de reactie.
Catalizatorul mareste viteza de reactiilor termodinamic posibile; reactia chimica are
loc si in absenta catalizatorului, dar cu viteza foarte mica.
Reactanti catalizator Produsi
In concluzie: Catalizatorii sunt substante care:
Maresc viteza reactiilor chimice posibile;
Se regasesc cantitativ la sfarsitul reactiei;
Nu influenteaza valoarea caldurii de reactie;
Nu deplaseaza echilibrul chimic;
-
Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I
Page 8 of 8
Promotorii sunt substante care maresc activitatea catalitica a catalizatorilor, dar nu
modifica viteza de reactie in absenta acestora.
Otravurile sunt substante care anuleaza activitatea catalitica a catalizatorilor.
Inhibitorii micsoreaza viteza reactiilor chimice, actionand asupra reactantilor si nu
asupra catalizatorilor.