Lucrări laborator chimie - electronică

1. TERMOCHIMIE

Consideraţii teoretice

O porţiune limitată din univers ocupată de un număr mare de particule, se numeşte sistem macroscopic. Mărimile macroscopice prin care se caracterizează un sistem, precum şi comportarea sa faţă de mediul înconjurător, se numesc parametrii macroscopici. Aceştia pot fi externi şi interni.

Parametrii externi sunt mărimile macroscopice determinate de poziţia corpurilor exterioare sistemului, care nu intră în sistem. Aceştia depind de coordonatele corpurilor exterioare, de exemplu: volumul unui sistem, intensitatea unor câmpuri de forţe exterioare etc.

Parametrii interni (exemplu: presiunea, temperatura, energia, etc.) sunt mărimile fizice determinate de mişcarea şi distribuţia în spaţiu a particulelor sistemului. Parametrii interni depind şi de mărimile parametrilor externi, din cauză că distribuţia particulelor constituente ale sistemului depinde de distribuţia corpurilor exterioare acestora.

Starea unui sistem fizic este complet determinată de un număr de parametri independenţi. Atunci când toţi parametrii independenţi ce caracterizează starea unui sistem sunt constanţi, spunem că sistemul se află în echilibru termodinamic. Parametrii ce caracterizează starea de echilibru termodinamic a sistemului se numesc parametrii termodinamici. Un parametru important ce caracterizează starea unui sistem fizic este energia, care se defineşte ca fiind măsura generală a unei mişcări materiale (mişcare mecanică, mişcare termică, mişcarea microparticulelor etc.). Energia totală a unui sistem se compune din energie externă şi energie internă.

Energia externă cuprinde energia de mişcare a sistemului ca întreg şi energia acestuia într-un câmp de forţe. Energia internă a sistemului cuprinde energia tuturor formelor de mişcare şi de interacţiune dintre particulele constituente: energia mişcării de translaţie şi de rotaţie a moleculelor, energia mişcării de vibraţie a atomilor, energia interacţiunii moleculare, energia intraatomică, energia intranucleară etc.

Atunci când un sistem termodinamic interacţionează cu mediul înconjurător, are loc un schimb de energie. Energia poate fi schimbată cu mediul exterior, fie cu variaţia parametrilor externi, fie fără variaţia acestor parametri. Cantitatea de energie schimbată de sistem numai cu variaţia parametrilor externi se numeşte lucru mecanic L, iar cantitatea de energie schimbată de sistem fără variaţia parametrilor externi se numeşte căldură, Q.

Căldura nu este o funcţie de stare, ci o funcţie de transformare. Cantitatea de căldură, având dimensiunile unei energii, se măsoară cu aceeaşi unitate ca şi aceasta: joule-ul (J) sau cu unităţi tolerate; caloria (cal); kilocaloria (kcal). Transformarea între unităţi se face folosind echivalentul mecanic al caloriei (cal):

1 cal = 4,18 [J]

Caloria se defineşte ca fiind cantitatea de căldură necesară unui gram de apă distilată să-şi ridice temperatura cu 1ºC între 19,5 şi 20,5ºC.

Se numeşte căldură specifică c, cantitatea de căldură necesară unităţii de masă pentru a-şi ridica temperatura cu 1ºC într-o transformare dată şi se defineşte:

(1.1)

unde, Q - cantitatea de căldură dată masei m pentru a-i ridica temperatura cu ∆t grade.

Cum ∆t este un interval finit de temperatură, căldura specifică se consideră căldură specifică medie pe intervalul de temperatură respectiv.

Pentru un interval infinitezimal de temperatură, relaţia (1.1) devine:

(1.2)

Căldura molară C este produsul dintre căldura specifică şi masa unui mol, µ dintr-o substanţă considerată.

(1.3)

În cazul gazelor se poate vorbi de căldura specifică la volum constant, cv şi căldura specifică la presiune constantă, cp, acestea fiind diferite între ele.

În cazul solidelor, în condiţii obişnuite avem: (variaţiile de volum fiind mici).

Mărimea se numeşte capacitate calorică a corpului de masă m.

În continuare se vor studia cateva reacţii chimice însoţite de efecte termice:

1. Determinarea căldurii de reacţie prin metoda calorimetrică

Scopul lucrării

1. Se determină constanta calorimetrului;

2. Se determină efectul termic al reacţiilor dintre acizi tari - baze tari, acizi tari - baze slabe;

3. Se determină entalpia de dizolvare pentru două săruri: NH4Cl (clorură de amoniu) şi NaNO3 (azotat de sodiu).

Introducere

Căldura de reacţie este efectul termic ce însoţeşte o reacţie chimică şi reprezintă cantitatea de căldura absorbită sau degajată în timpul unei reacţii chimice. Ea depinde numai de starea iniţială şi starea finală a sistemului chimic, nu şi de drumul parcurs de sistem în timpul evoluţiei sale.

Căldura de reacţie se determina în majoritatea cazurilor în condiţii de presiune constantă, Qp şi mai rar în condiţii de volum constant, Qv, la o anumită temperatură.

Efectul termic izobar Efectul termic izocor

H şi U reprezintă entalpia de reacţie si respectiv energia internă de reacţie.

Procesele chimice izobare pot fi:

• Exoterme: H 0 (sistemul cedează căldură mediului ambiant).

• Endoterme: H 0 (sistemul absoarbe căldură din mediul ambiant).

Efectele termice sunt denumite în funcţie de tipul reacţiei pe care îl însoţesc ca de exemplu: căldura de neutralizare, căldură de dizolvare, căldura de ardere etc.

Căldura de reacţie se determină experimental prin metoda calorimetrică. Se măsoară variaţia de temperatură t între starea finală, tf şi starea iniţială a mediului, ti în care se desfăşoară reacţia:

(1.1.7)

Se calculează cantitatea de căldură absorbită de la sistemul de reacţie sau cedată sistemului de reacţie:

(1.1.8)

unde, (1.1.9)

în care, C - reprezintă capacitatea calorică,

ccal - reprezintă capacitatea calorică a calorimetrului (ce include vasul calorimetrului, agitatorul şi termometrul) numită şi constanta calorimetrului;

cR - reprezintă capacitatea calorică a sistemului reactant.

m - reprezintă masa, [g] a fiecărei componente din sistem.