Termochimia și Legile Ei

Termochimia

Capitolul termodinamicii chimice care studiază efectele termice ce însoţesc reacţiile chimice se numeşte termochimie.Acest capitol s-a dezvoltat la începutul secolului XX –lea datorită lucrărilor marilor pionieri ai domeniului :Hess,Thomson ,Berthelot, Ricards,Lange.

O reacţie poate elibera sau absorbi energie şi o schimbare de faza poate face acelaşi lucru,la fel ca şi în cazul fierberii sau topirii.Termochimia se concentrează pe aceste schimbări de energie, în special schimbul unui sistem de energie cu mediul înconjurator.Termochimia este folositoare în prezicerea reactanţilor şi cantitatea produsului în cursul unei reacţii.În combinaţie cu determinarea entropiei,este folosită de asemenea pentru a prezice dacă o reacţie este spontană sau nu , favorabilă sau defavorabilă.

Termochimia fuzionează cu conceptele din termodinamica cu conceptul de energie sub forma compuşilor chimici.Subiectul include de obicei calcule ale cantităţilor cum ar fi : capacitate calorică , combustie calorică,caldura de formare,entalpie ,entropie,energie liberă şi calorii.

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

În cazul unei reacţii chimie ce se desfăşoară dupa reacţia:

A1,A2,... Ai =reactanţi

A1’, A’2, ......A’i =produşi de reacţie

1, 2,.., i , ‘1,’2’,.., ’i sunt respectiv coeficienţii reactanţilor şi produşilor de reacţie

Efectul termic asociat relaţiei este dat de variaţia stoechiometrică de energie internă daca reacţia evolueaza la volum şi temperatură constantă:

Efectul termic asociat mai este dat şi de variaţia stoechiometrică a entalpiei procesului dacă relaţia evoluează la presiune şi temperatură constantă :

Variaţia de energie internă sau de entalpie sunt reprezentate ca marimi de bilanţ.Reacţiile au loc cu absorbţie de caldură(endoterme) când efectul termic asociat este pozitiv, fie cu degajare de caldură (exoterme) cand efectul termic asociat este negativ..În termochimie se lucrează numai cu variaţii de entalpie şi energie internă exprimate în raport cu stări de referinţă bine precizate.

În cazul reacţiilor în fază gazoasă relaţia dintre cele doua călduri de reacţie(la presiune constantă şi volum constant) este dată de ecuaţia:

În cazul gazelor reale ∆H si ∆U se coreleaza ţinînd seama de….. .Caldura de reacţie se denumeşte dupa tipul de reacţie careia îi este asociată.Astfel, pentru reacţiile de ardere vorbim de călduri de ardere sau de combustie, pentru reacţiile de formare din elemente vorbim de călduri de formare, pentru reacţia de izomerizare vorbim de căldură de izomerizare, pentru reacţia de polimerizare vorbim de căldură de polimerizare etc.În general entalpiile de reacţie sunt de ordinal 10 ÷ 100kcal/mol ,pentru reacţia de combustie sunt de cîteva sute de calorii iar entalpiile implicate în transformari de stare de agregare sunt de 2÷10 kcal/mol.

Convenţional efectele termice înscrise alaturi de reacţiile chimice se referă la cantitatea în moli a produsului de reacţie, fără să se mai specifice numarul respectiv de moli în unitatea de masă.Deoarece reacţiile chimice sunt însoţite de efecte termice ele sunt denumite reacţii termochimice.Caracterizarea termochimică a reacţiilor necesită indicarea efectelor termice standard care le însoţesc.Condiţiile standard sunt stabilite la presiunea de o atmosfera şi temperatură la 273,16 K. Starile de referinţa ale substanţelor se definesc în raport cu starea de agregare a corpurilor.Pentru solide referinţa este considerată starea lor cea mai stabilă.Pentru gaze ca stare de referinţa este considerat gazul ideal la presiunea de o atmosfera.În cazul soluţiilor este mai complicat de definit starea standard.

În studiile termochimice nu se obţin date privind valoarea absolută sau actuală a conţinutului caloric al substanţelor, ci numai variaţia sa în urma unui process, în raport cu o referinţa , conventional aleasă.

Exemple de reacţii sunt:

▪Reacţia de formare a apei:

▪Reacţia de combustie a metanului.