Perhitungan efek termal dari reaksi. Cara menghitung jumlah kalor, efek termal dan kalor pembentukan. Perhitungan menggunakan persamaan termokimia

EFEK TERMAL, panas dilepaskan atau diserap secara termodinamika. sistem ketika bahan kimia mengalir melaluinya. distrik. Ditentukan dengan kondisi bahwa sistem tidak melakukan pekerjaan apa pun (kecuali pekerjaan yang mungkin ekspansi), dan syarat serta produknya sama. Karena panas bukan merupakan fungsi keadaan, mis. selama transisi antar negara bagian bergantung pada jalur transisi, maka secara umum efek termal tidak dapat menjadi karakteristik suatu wilayah tertentu. Dalam dua kasus, jumlah kalor (kalor dasar) d Q yang sangat kecil bertepatan dengan diferensial penuh fungsi keadaan: pada volume konstan d Q = = dU (U-internal. energi sistem), dan pada konstanta d Q = dH (H adalah entalpi sistem).

Dua jenis efek termal yang secara praktis penting: isotermal-isobarik (pada suhu konstan T dan p) dan isotermal-isokorik (pada T konstan dan volume V). Ada efek termal diferensial dan integral. Efek termal diferensial ditentukan oleh ekspresi:

dimana kamu saya, hai -resp. ekstra molar parsial. energi dan ; v saya -stoikiometri koefisien (v i > 0 untuk produk, v i<0 для ); x = (n i - n i 0)/v i ,-хим. переменная, определяющая состав системы в любой момент протекания р-ции (n i и n i0 - числа i-го компонента в данный момент времени и в начале хим. превращения соотв.). Размерность дифференциального теплового эффекта реакции-кДж/ . Если u T,V , h T,p >0, distrik dipanggil endotermik, dengan tanda efek sebaliknya - eksotermik. Kedua jenis efek tersebut dihubungkan oleh:

Ketergantungan suhu dari efek termal diberikan, penerapannya, sebenarnya, memerlukan pengetahuan tentang gigi geraham parsial dari semua yang terlibat dalam r-tions masuk-masuk Namun, dalam banyak kasus, jumlah ini tidak diketahui. Karena untuk sungai-sungai yang mengalir masuk solusi nyata dan lingkungan termodinamika non-ideal lainnya, efek termal, seperti yang lainnya, sangat bergantung pada komposisi sistem dan eksperimen. kondisi tersebut, sebuah pendekatan telah dikembangkan yang memfasilitasi perbandingan berbagai kabupaten dan taksonomi efek termal. Tujuan ini dilayani oleh konsep efek termal standar (dilambangkan). Yang kami maksud dengan standar adalah efek termal yang dilakukan (seringkali secara hipotetis) dalam kondisi ketika semua entitas yang terlibat di distrik tersebut berada dalam kondisi yang ditentukan. Diferensial dan efek termal standar integral selalu sama secara numerik. Efek termal standar dapat dengan mudah dihitung menggunakan tabel kalor pembentukan atau kalor standar pembakaran masuk ke dalam(Lihat di bawah). Untuk media yang tidak ideal, terdapat perbedaan besar antara efek termal yang diukur sebenarnya dan efek termal standar, yang harus diingat saat menggunakan efek termal dalam perhitungan termodinamika. Misalnya, untuk basa diacetimide [(CH 3 CO) 2 NH (sol) + H 2 O (l) = CH 3 SOKH 2 (sol) + CH 3 COOH (l) +] dalam 0,8 n. Larutan NaOH dalam air (58% berat) pada 298 K mengukur efek termal DH 1 = - 52,3 kJ/. Untuk kabupaten yang sama pada kondisi standar diperoleh = - 18,11 kJ/. Itu sangat berarti. perbedaannya dijelaskan oleh efek termal yang menyertai zat dalam larutan tertentu (panas). Untuk asam asetat padat, cair dan kalor masing-masing sama: D H 2 = 13,60; D H 3 = - 48,62; D H 4 = - 0,83 kJ/, jadi = D H 1 - D H 2 - D H 3 + D H 4. Dari tampilan contohtetapi ketika mempelajari efek termal, penting untuk mengukur efek termal dari fisik-kimia yang menyertainya. proses.

Studi tentang efek termal adalah tugas yang sangat penting. Dasar mari kita bereksperimen metode - kalorimetri. Modern

Peralatan ini memungkinkan untuk mempelajari efek termal dalam fase gas, cair dan padat, pada antarmuka, serta dalam fase kompleks. sistem. Kisaran nilai tipikal efek termal terukur adalah dari ratusan J/ hingga ratusan kJ/. Di meja data kalorimetri diberikan. pengukuran efek termal di wilayah tertentu. Mengukur efek termal, pengenceran, dan panas memungkinkan seseorang beralih dari efek termal yang sebenarnya diukur ke efek standar. Peran penting dimiliki oleh dua jenis efek termal - panas pembentukan senyawa. dari yang sederhana

dan panas pembakaran suatu zat dalam bentuk murni dengan pembentukan unsur-unsur yang lebih tinggi yang menyusun zat tersebut. Efek termal ini dibawa ke kondisi standar dan ditabulasikan. Dengan bantuan mereka, mudah untuk menghitung efek termal apa pun; itu sama dengan aljabar. jumlah kalor pembentukan atau kalor pembakaran semua zat yang terlibat dalam proses: Penerapan nilai tabelmemungkinkan berdasarkan kenyataan adanya fungsi negara. Hal ini memungkinkan untuk menyusun sistem termokimia. persamaan untuk menentukan efek termal dari solusi yang diperlukan (lihat). Efek termal standar hampir selalu dihitung. Selain metode yang dibahas di atas, perhitungan efek termal dilakukan dengan menggunakan ketergantungan suhu -eq.

Dalam termokimia, jumlah panas Q yang dilepaskan atau diserap akibat reaksi kimia disebut efek termal. Reaksi yang terjadi dengan pelepasan kalor disebut eksotermik (T>0), dan dengan penyerapan panas - endotermik (Q<0 ).

Oleh karena itu, dalam termodinamika, proses pelepasan panas disebut eksotermik, dan proses di mana panas diserap - endotermik.

Menurut akibat wajar dari hukum pertama termodinamika untuk proses isokhorik-isotermal, efek termal sama dengan perubahan energi internal sistem .

Karena dalam termokimia tanda kebalikannya digunakan dalam kaitannya dengan termodinamika, maka.

Untuk proses isobarik-isotermal, efek termal sama dengan perubahan entalpi sistem .

Jika D H > 0- proses terjadi dengan penyerapan panas dan endotermik.

Jika D H< 0 - Prosesnya disertai pelepasan panas dan bersifat eksotermik.

Ini mengikuti dari hukum pertama termodinamika Hukum Hess:

efek termal dari reaksi kimia hanya bergantung pada jenis dan keadaan zat awal dan produk akhir, tetapi tidak bergantung pada jalur transisi dari keadaan awal ke keadaan akhir.

Konsekuensi dari undang-undang ini adalah aturan itu Dengan persamaan termokimia Anda dapat melakukan operasi aljabar biasa.

Sebagai contoh, perhatikan reaksi oksidasi batubara menjadi CO2.

Peralihan dari zat awal ke zat akhir dapat dilakukan dengan membakar langsung batubara menjadi CO 2:

C (s) + O 2 (g) = CO 2 (g).

Efek termal dari reaksi ini adalah Δ jam 1.

Proses ini dapat dilakukan dalam dua tahap (Gbr. 4). Pada tahap pertama, karbon terbakar menjadi CO sesuai dengan reaksinya

C (t) + O 2 (g) = CO (g),

pada CO kedua terbakar menjadi CO 2

CO (t) + O 2 (g) = CO 2 (g).

Efek termal dari reaksi ini masing-masing adalah Δ jam 2 danΔ nomor 3.

Beras. 4. Skema proses pembakaran batubara menjadi CO2

Ketiga proses tersebut banyak digunakan dalam praktik. Hukum Hess memungkinkan kita untuk menghubungkan efek termal dari ketiga proses ini dengan persamaan:

Δ jam 1=Δ jam 2 + Δ nomor 3.

Efek termal dari proses pertama dan ketiga dapat diukur dengan relatif mudah, namun pembakaran batu bara menjadi karbon monoksida pada suhu tinggi sulit dilakukan. Efek termalnya dapat dihitung:

Δ jam 2=Δ jam 1 - Δ nomor 3.

nilai Δ jam 1 dan Δ jam 2 tergantung pada jenis batubara yang digunakan. Nilai Δ nomor 3 tidak berhubungan dengan ini. Ketika satu mol CO dibakar pada tekanan konstan pada 298K, jumlah kalornya adalah Δ nomor 3= -283,395 kJ/mol. Δ jam 1= -393,86 kJ/mol pada 298K. Kemudian pada 298K Δ jam 2= -393,86 + 283,395 = -110,465 kJ/mol.

Hukum Hess memungkinkan untuk menghitung efek termal dari proses yang data eksperimennya tidak tersedia atau tidak dapat diukur pada kondisi yang diperlukan. Hal ini berlaku untuk reaksi kimia dan proses pelarutan, penguapan, kristalisasi, adsorpsi, dll.

Saat menerapkan hukum Hess, kondisi berikut harus diperhatikan dengan ketat:

Kedua proses harus mempunyai keadaan awal yang benar-benar identik dan keadaan akhir yang benar-benar identik;

Tidak hanya keduanya harus sama komposisi kimia produk, tetapi juga kondisi keberadaannya (suhu, tekanan, dll.) dan keadaan agregasi, dan untuk zat kristal, modifikasi kristal.

Saat menghitung efek termal dari reaksi kimia berdasarkan hukum Hess, dua jenis efek termal biasanya digunakan - panas pembakaran dan panas pembentukan.

Panasnya formasi disebut efek termal dari reaksi pembentukan senyawa tertentu dari zat sederhana.

Panas pembakaran adalah efek termal dari reaksi oksidasi senyawa tertentu dengan oksigen hingga terbentuk oksida yang lebih tinggi unsur atau senyawa yang sesuai dari oksida ini.

Nilai referensi untuk efek termal dan besaran lainnya biasanya mengacu pada keadaan standar materi.

Sebagai kondisi standar cairan individu dan padatan mengambil keadaannya pada suhu dan tekanan tertentu sama dengan satu atmosfer, dan untuk masing-masing gas - keadaannya ketika pada suhu dan tekanan tertentu sama dengan 1,01 · 10 5 Pa (1 atm.), mereka memiliki sifat gas ideal. Untuk memudahkan perhitungan, digunakan data referensi suhu standar 298 K.

Jika suatu elemen dapat eksis dalam beberapa modifikasi, maka modifikasi tersebut stabil pada 298 K dan tekanan atmosfir, sama dengan 1,01·10 5 Pa (1 atm.)

Semua besaran yang berkaitan dengan keadaan standar suatu zat ditandai dengan superskrip berbentuk lingkaran: . Dalam proses metalurgi, sebagian besar senyawa terbentuk dengan pelepasan panas, sehingga kenaikan entalpinya adalah . Untuk elemen dalam keadaan standar, nilainya adalah .

Dengan menggunakan data referensi untuk kalor standar pembentukan zat yang terlibat dalam reaksi, Anda dapat dengan mudah menghitung efek termal reaksi.

Dari hukum Hess berikut ini:efek termal dari reaksi sama dengan perbedaannya antara kalor pembentukan semua zat yang ditunjukkan di sisi kanan persamaan(zat akhir atau produk reaksi) , dan kalor pembentukan semua zat yang ditunjukkan di sisi kiri persamaan(bahan awal) , diambil dengan koefisien, koefisien yang sama sebelum rumus zat-zat ini dalam persamaan reaksi:

Di mana N- jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi.

Contoh. Mari kita hitung efek termal dari reaksi Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2. Kalor pembentukan zat-zat yang terlibat dalam reaksi adalah: untuk Fe 3 O 4, untuk CO, untuk FeO, untuk CO 2.

Efek termal dari reaksi:

Karena reaksi pada 298K bersifat endotermik, yaitu. disertai dengan penyerapan panas.

Latihan 81.
Hitung jumlah kalor yang akan dilepaskan selama reduksi Fe 2 HAI 3 logam aluminium jika diperoleh 335,1 g besi. Jawaban: 2543,1 kJ.
Larutan:
Persamaan reaksi:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ

Banyaknya kalor yang dilepaskan ketika memperoleh 335,1 g besi dihitung dari perbandingan:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

dimana 55,85 massa atom kelenjar.

Menjawab: 2543,1 kJ.

Efek termal dari reaksi

Tugas 82.
Berbentuk gas etanol C2H5OH dapat diperoleh melalui interaksi etilen C 2 H 4 (g) dan uap air. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini, setelah menghitung terlebih dahulu efek termalnya. Jawab: -45,76 kJ.
Larutan:
Persamaan reaksinya adalah:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C2H 5 OH (g); = ?

Nilai kalor standar pembentukan zat diberikan dalam tabel khusus. Mengingat kalor pembentukan zat sederhana diterima secara konvensional sama dengan nol. Mari kita hitung efek termal reaksi menggunakan konsekuensi hukum Hess, kita peroleh:

= (C 2 H 5 OH) – [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Persamaan reaksi yang berisi tentang simbol senyawa kimia keadaan agregasi atau modifikasi kristalnya juga ditunjukkan nilai angka efek termal disebut termokimia. Dalam persamaan termokimia, kecuali dinyatakan secara spesifik, nilai efek termal pada tekanan konstan Q p ditunjukkan sama dengan perubahan entalpi sistem. Nilai biasanya diberikan di sisi kanan persamaan, dipisahkan dengan koma atau titik koma. Singkatan berikut diterima keadaan agregasi zat: G- berbentuk gas, Dan- cairan, Ke

Jika panas dilepaskan sebagai akibat suatu reaksi, maka< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.

Menjawab:- 45,76 kJ.

Tugas 83.
Hitung efek termal reaksi reduksi besi (II) oksida dengan hidrogen berdasarkan persamaan termokimia berikut:

a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ.
Jawaban: +27,99 kJ.

Larutan:
Persamaan reaksi reduksi besi (II) oksida dengan hidrogen berbentuk:

EeO (k) + H 2 (g) = Fe (k) + H 2 O (g); = ?

= (H2O) – [ (FeO)

Panas pembentukan air diberikan oleh persamaan

H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ,

dan kalor pembentukan besi (II) oksida dapat dihitung dengan mengurangkan persamaan (a) dari persamaan (b).

=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 kJ.

Menjawab:+27,99kJ.

Tugas 84.
Ketika gas hidrogen sulfida dan karbon dioksida berinteraksi, uap air dan karbon disulfida CS 2 (g) terbentuk. Tulis persamaan termokimia untuk reaksi ini dan hitung terlebih dahulu efek termalnya. Jawaban: +65,43 kJ.
Larutan:
G- berbentuk gas, Dan- cairan, Ke-- kristal. Simbol-simbol ini dihilangkan jika keadaan agregat zat terlihat jelas, misalnya O 2, H 2, dll.
Persamaan reaksinya adalah:

2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = ?

Nilai kalor standar pembentukan zat diberikan dalam tabel khusus. Mengingat kalor pembentukan zat sederhana secara konvensional dianggap nol. Efek termal suatu reaksi dapat dihitung menggunakan akibat wajar dari hukum Hess:

= (H 2 O) + (СS 2) – [(H 2 S) + (СO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65,43 kJ.

Menjawab:+65,43 kJ.

Persamaan reaksi termokimia

Tugas 85.
Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi antara CO (g) dan hidrogen, yang menghasilkan pembentukan CH 4 (g) dan H 2 O (g). Berapa banyak panas yang akan dilepaskan selama reaksi ini jika diperoleh 67,2 liter metana dalam hal kondisi normal? Jawab: 618,48 kJ.
Larutan:
Persamaan reaksi yang keadaan agregasinya atau modifikasi kristalnya, serta nilai numerik efek termal ditunjukkan di sebelah simbol senyawa kimia, disebut termokimia. Dalam persamaan termokimia, kecuali dinyatakan secara khusus, nilai efek termal pada tekanan konstan Q p sama dengan perubahan entalpi sistem. Nilai biasanya diberikan di sisi kanan persamaan, dipisahkan dengan koma atau titik koma. Sebutan singkat berikut untuk keadaan agregasi suatu zat diterima: G- berbentuk gas, Dan- sesuatu, Ke- kristal. Simbol-simbol ini dihilangkan jika keadaan agregat zat terlihat jelas, misalnya O 2, H 2, dll.
Persamaan reaksinya adalah:

CO (g) + 3H 2 (g) = CH 4 (g) + H 2 O (g); = ?

= (H 2 O) + (CH 4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 kJ.

Persamaan termokimianya menjadi:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

Menjawab: 618,48 kJ.

Panas pembentukan

Tugas 86.
Efek termal reaksinya sama dengan panas pembentukan. Hitung kalor pembentukan NO berdasarkan persamaan termokimia berikut:
a) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 O (l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) = 2N 2 (g) + 6H 2 O (l); = -1530,28 kJ
Jawaban: 90,37 kJ.
Larutan:
Kalor pembentukan standar sama dengan kalor reaksi pembentukan 1 mol zat tertentu dari zat sederhana di kondisi standar(T = 298 K; p = 1,0325.105 Pa). Pembentukan NO dari zat sederhana dapat direpresentasikan sebagai berikut:

1/2N 2 + 1/2O 2 = TIDAK

Diketahui reaksi (a), yang menghasilkan 4 mol NO, dan diketahui reaksi (b), yang menghasilkan 2 mol N2. Oksigen terlibat dalam kedua reaksi. Oleh karena itu, untuk menentukan kalor standar pembentukan NO, kita buat siklus Hess berikut, yaitu kita perlu mengurangi persamaan (a) dari persamaan (b):

Jadi, 1/2N 2 + 1/2O 2 = TIDAK; = +90,37 kJ.

Menjawab: 618,48 kJ.

Tugas 87.
Kristal amonium klorida dibentuk oleh reaksi gas amonia dan hidrogen klorida. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi ini, setelah menghitung terlebih dahulu efek termalnya. Berapa banyak kalor yang akan dilepaskan jika 10 liter amonia dikonsumsi dalam reaksi, dihitung dalam kondisi normal? Jawaban: 78,97 kJ.
Larutan:
Persamaan reaksi yang keadaan agregasinya atau modifikasi kristalnya, serta nilai numerik efek termal ditunjukkan di sebelah simbol senyawa kimia, disebut termokimia. Dalam persamaan termokimia, kecuali dinyatakan secara khusus, nilai efek termal pada tekanan konstan Q p sama dengan perubahan entalpi sistem. Nilai biasanya diberikan di sisi kanan persamaan, dipisahkan dengan koma atau titik koma. Berikut ini telah diterima: Ke-- kristal. Simbol-simbol ini dihilangkan jika keadaan agregat zat terlihat jelas, misalnya O 2, H 2, dll.
Persamaan reaksinya adalah:

NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (k). ; = ?

= (NH4Cl) – [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Persamaan termokimianya menjadi:

Kalor yang dilepaskan selama reaksi 10 liter amonia dalam reaksi ini ditentukan dari perbandingan:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.

Menjawab: 78,97 kJ.

7. Hitung efek termal reaksi pada kondisi standar: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), jika kalor pembentukan: Fe 2 O 3 (t) = – 821,3 kJ/mol CO (g ) = – 110,5 kJ/mol;

CO 2 (g) = – 393,5 kJ/mol.

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

Mengetahui efek termal standar dari pembakaran bahan awal dan produk reaksi, kami menghitung efek termal reaksi dalam kondisi standar:

16. Ketergantungan laju reaksi kimia pada suhu. Aturan Van't Hoff. Koefisien suhu reaksi.

Reaksi hanya dihasilkan dari tumbukan antara molekul aktif yang energi rata-ratanya melebihi energi rata-rata peserta reaksi.

Ketika molekul diberi energi aktivasi E (kelebihan energi di atas rata-rata) berkurang energi potensial interaksi atom dalam molekul, ikatan dalam molekul melemah, molekul menjadi reaktif.

Energi aktivasi tidak selalu disuplai dari luar; energi tersebut dapat diberikan ke beberapa bagian molekul dengan mendistribusikan kembali energi selama tumbukan. Menurut Boltzmann, di antara N molekul terdapat sejumlah molekul aktif N   yang memiliki peningkatan energi :

N  N·e – E / RT (1)

di mana E adalah energi aktivasi, yang menunjukkan kelebihan energi yang diperlukan, dibandingkan dengan tingkat rata-rata yang harus dimiliki molekul agar reaksi dapat terjadi; sebutan lainnya sudah terkenal.

Dengan aktivasi termal untuk dua suhu T 1 dan T 2, rasio konstanta laju adalah:

, (2)

, (3)

yang memungkinkan untuk menentukan energi aktivasi dengan mengukur laju reaksi pada dua suhu yang berbeda T 1 dan T 2.

Peningkatan suhu sebesar 10 0 meningkatkan laju reaksi sebesar 2–4 kali lipat (perkiraan aturan Van't Hoff). Angka yang menunjukkan berapa kali laju reaksi (dan konstanta laju) meningkat ketika suhu meningkat sebesar 10 0 disebut koefisien suhu reaksi:

 (4)

.(5)

Artinya, misalnya, ketika suhu dinaikkan sebesar 100 0 untuk kenaikan yang diterima secara konvensional kecepatan rata-rata sebanyak 2 kali ( = 2) laju reaksi bertambah 2 10, yaitu kira-kira 1000 kali, dan ketika  = 4 – 4 10, yaitu 1000000 kali. Aturan Van't Hoff berlaku untuk reaksi yang terjadi pada suhu yang relatif rendah dalam rentang suhu yang sempit. Peningkatan tajam laju reaksi seiring dengan meningkatnya suhu dijelaskan oleh fakta bahwa jumlah molekul aktif meningkat secara eksponensial.

25. Persamaan isoterm reaksi kimia Van't Hoff.

Menurut hukum massa yang aktif untuk reaksi sukarela

dan A + bB = cC + dD

persamaan laju reaksi maju dapat ditulis:

dan untuk kecepatan reaksi sebaliknya:

Jika reaksi berlangsung dari kiri ke kanan, konsentrasi zat A dan B akan berkurang dan laju reaksi maju akan berkurang. Sebaliknya, jika produk reaksi C dan D terakumulasi, laju reaksi dari kanan ke kiri akan meningkat. Ada saatnya kecepatan υ 1 dan υ 2 menjadi sama, konsentrasi semua zat tetap tidak berubah, oleh karena itu,

DimanaK c = k 1 / k 2 =

Konstan K s, sama dengan rasionya konstanta laju garis lurus dan reaksi terbalik, secara kuantitatif menggambarkan keadaan kesetimbangan melalui konsentrasi kesetimbangan zat awal dan produk interaksinya (sepanjang koefisien stoikiometrinya) dan disebut konstanta kesetimbangan. Konstanta kesetimbangan hanya konstan untuk suhu tertentu, yaitu.

K c = f (T). Tetapan kesetimbangan suatu reaksi kimia biasanya dinyatakan sebagai suatu perbandingan, yang pembilangnya merupakan hasil kali kesetimbangan konsentrasi molar produk reaksi, dan penyebutnya adalah produk dari konsentrasi zat awal.

Jika komponen reaksi merupakan campuran gas ideal, maka konstanta kesetimbangan (K p) dinyatakan dalam tekanan parsial komponen:

Untuk berpindah dari K p ke K c, kita menggunakan persamaan keadaan P · V = n · R · T. Karena

, maka P = C·R·T. .

Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa K p = K c dengan syarat reaksi berlangsung tanpa mengubah jumlah mol dalam fasa gas, yaitu. bila (c + d) = (a + b).

Jika reaksi berlangsung spontan pada konstanta P dan T atau V dan T, maka nilai G dan F reaksi tersebut dapat diperoleh dari persamaan:

dimana С А, С В, С С, С D adalah konsentrasi non-setimbang zat awal dan produk reaksi.

dimana Р А, Р В, Р С, Р D adalah tekanan parsial zat awal dan produk reaksi.

Dua persamaan terakhir disebut persamaan isoterm van't Hoff untuk reaksi kimia. Hubungan ini memungkinkan untuk menghitung nilai G dan F reaksi dan menentukan arahnya pada konsentrasi zat awal yang berbeda.

Perlu dicatat bahwa baik untuk sistem gas maupun larutan, ketika padatan ikut serta dalam reaksi (yaitu untuk sistem heterogen), konsentrasi fase padat tidak termasuk dalam persamaan konstanta kesetimbangan, karena konsentrasi ini hampir konstan. Ya, untuk reaksi

2 CO (g) = CO 2 (g) + C (t)

konstanta kesetimbangan ditulis sebagai

Ketergantungan konstanta kesetimbangan pada suhu (untuk suhu T 2 relatif terhadap suhu T 1) dinyatakan persamaan berikut Van't Hoff:

di mana Н 0 adalah efek termal dari reaksi.

Untuk reaksi endotermik (reaksi terjadi dengan penyerapan panas), konstanta kesetimbangan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, sistem tampaknya menolak pemanasan.

34. Osmosis, tekanan osmotik. Persamaan Van't Hoff dan koefisien osmotik.

Osmosis adalah pergerakan spontan molekul pelarut melalui membran semipermeabel yang memisahkan larutan dengan konsentrasi berbeda, dari larutan dengan konsentrasi lebih rendah ke larutan dengan konsentrasi lebih tinggi, yang menyebabkan pengenceran larutan tersebut. Film plastik sering digunakan sebagai membran semi-permeabel, melalui lubang-lubang kecil yang hanya dapat dilewati oleh molekul pelarut bervolume kecil secara selektif dan molekul atau ion besar atau terlarut dipertahankan - untuk zat dengan berat molekul tinggi, dan film tembaga ferrocyanide untuk zat dengan berat molekul rendah. Proses perpindahan pelarut (osmosis) dapat dicegah jika larutan dengan konsentrasi lebih tinggi terkena pengaruh luar tekanan hidrostatis(dalam kondisi setimbang, inilah yang disebut tekanan osmotik, dilambangkan dengan huruf ). Untuk menghitung nilai  dalam larutan non-elektrolit digunakan persamaan empiris Van't Hoff:

dimana C adalah konsentrasi molal suatu zat, mol/kg;

R – konstanta gas universal, J/mol K.

Besarnya tekanan osmotik sebanding dengan jumlah molekul (umumnya jumlah partikel) dari satu atau lebih zat yang terlarut dalam volume larutan tertentu, dan tidak bergantung pada sifatnya dan sifat pelarutnya. Dalam solusi kuat atau elektrolit lemah jumlah total partikel individu meningkat karena disosiasi molekul, oleh karena itu, koefisien proporsionalitas yang sesuai, yang disebut koefisien isotonik, harus dimasukkan ke dalam persamaan untuk menghitung tekanan osmotik.

i CRT,

di mana i adalah koefisien isotonik, dihitung sebagai perbandingan jumlah ion dan molekul elektrolit yang tidak terdisosiasi dengan jumlah awal molekul zat tertentu.

Jadi, jika derajat disosiasi elektrolit, mis. rasio jumlah molekul yang terurai menjadi ion dengan jumlah total molekul zat terlarut sama dengan  dan molekul elektrolit terurai menjadi n ion, maka koefisien isotonik dihitung sebagai berikut:

saya = 1 + (n – 1) · ,(i > 1).

Untuk elektrolit kuat kita ambil  = 1, maka i = n, dan koefisien i (juga lebih besar dari 1) disebut koefisien osmotik.

Fenomena osmosis mempunyai sangat penting untuk organisme tumbuhan dan hewan, karena membran selnya dalam kaitannya dengan larutan banyak zat memiliki sifat membran semipermeabel. DI DALAM air bersih sel membengkak sangat besar, dalam beberapa kasus sampai pecahnya membran, dan dalam larutan dengan konsentrasi garam tinggi, sebaliknya, ukurannya mengecil dan berkerut karena kehilangan banyak air. Oleh karena itu, saat pengalengan produk makanan ditambahkan ke mereka sejumlah besar garam atau gula. Sel mikroba dalam kondisi seperti itu kehilangan banyak air dan mati.

selanjutnya indeks Saya mengacu pada zat awal atau reagen, dan indeks J– pada zat atau produk akhir reaksi; dan merupakan koefisien stoikiometri dalam persamaan reaksi untuk bahan awal dan produk reaksi.

Contoh: Mari kita hitung efek termal dari reaksi sintesis metanol dalam kondisi standar.

Larutan: Untuk perhitungannya, kami akan menggunakan data referensi tentang kalor standar pembentukan zat yang terlibat dalam reaksi (lihat Tabel 44 di halaman 72 buku referensi).

Efek termal dari reaksi sintesis metanol dalam kondisi standar menurut akibat pertama hukum Hess (persamaan 1.15) adalah sama dengan:

Saat menghitung efek termal dari reaksi kimia, harus diperhitungkan bahwa efek termal bergantung pada keadaan agregasi reagen dan jenis pencatatan. persamaan kimia reaksi:

Menurut akibat wajar kedua dari hukum Hess, efek termal dapat dihitung dengan menggunakan panas pembakaran Δc H, sebagai selisih antara jumlah kalor pembakaran zat awal dan produk reaksi (dengan mempertimbangkan koefisien stoikiometri):

di mana Δ r C hal– mencirikan perubahan kapasitas panas isobarik suatu sistem sebagai akibat dari reaksi kimia dan disebut koefisien suhu dari efek termal reaksi.

Dari persamaan diferensial Kirchhoff dapat disimpulkan bahwa ketergantungan efek termal terhadap suhu ditentukan oleh tanda Δ r C hal, yaitu tergantung mana yang lebih besar, kapasitas panas total zat awal atau kapasitas panas total produk reaksi. Mari kita analisa persamaan diferensial Kirchhoff.

1. Jika koefisien suhu Δ r C hal> 0, maka turunannya > 0 dan fungsi meningkat. Akibatnya, efek termal dari reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.

2. Jika koefisien suhu Δ r C hal< 0, то производная < 0 и функция menurun. Akibatnya, efek termal dari reaksi berkurang dengan meningkatnya suhu.

3. Jika koefisien suhu Δ r C hal= 0, maka turunannya = 0 dan . Oleh karena itu, efek termal dari reaksi tidak bergantung pada suhu. Kasus ini tidak terjadi dalam praktiknya.

Persamaan diferensial mudah untuk dianalisis, tetapi tidak nyaman untuk perhitungan. Untuk memperoleh persamaan penghitungan efek termal suatu reaksi kimia, kami mengintegrasikan persamaan diferensial Kirchhoff dengan memisahkan variabel-variabelnya:

Kapasitas panas suatu zat bergantung pada suhu, oleh karena itu, . Namun pada kisaran temperatur yang biasa digunakan dalam proses teknologi kimia, ketergantungan ini tidak signifikan. Untuk tujuan praktis, kapasitas panas rata-rata suatu zat digunakan dalam kisaran suhu dari 298 K hingga suhu tertentu yang diberikan dalam buku referensi. Koefisien suhu efek termal dihitung menggunakan kapasitas panas rata-rata:

Contoh: Mari kita hitung efek termal dari reaksi sintesis metanol pada suhu 1000 K dan tekanan standar.

Larutan: Untuk perhitungannya, kami akan menggunakan data referensi tentang kapasitas panas rata-rata zat yang berpartisipasi dalam reaksi dalam kisaran suhu dari 298 K hingga 1000 K (lihat Tabel 40 di halaman 56 buku referensi):

Mengubah kapasitas panas rata-rata sistem sebagai akibat dari reaksi kimia:

Hukum kedua termodinamika

Satu dari tugas yang paling penting termodinamika kimia adalah untuk memperjelas kemungkinan (atau ketidakmungkinan) mendasar terjadinya reaksi kimia secara spontan dalam arah yang dipertimbangkan. Dalam kasus di mana menjadi jelas bahwa hal ini reaksi kimia mungkin terjadi, perlu ditentukan derajat konversi zat awal dan hasil produk reaksi, yaitu kesempurnaan reaksi

Arah suatu proses spontan dapat ditentukan berdasarkan hukum kedua atau prinsip termodinamika, yang dirumuskan misalnya dalam bentuk postulat Clausius:

Kalor itu sendiri tidak dapat berpindah dari benda dingin ke benda panas, artinya proses seperti itu tidak mungkin terjadi, satu-satunya akibat yang terjadi adalah perpindahan panas dari benda yang bersuhu lebih rendah ke benda yang bersuhu lebih tinggi.

Banyak rumusan hukum kedua termodinamika telah diajukan. Rumusan Thomson-Planck:

Mustahil mesin gerak abadi jenis kedua, yaitu tidak mungkin suatu mesin yang beroperasi secara berkala memungkinkan kerja diperoleh hanya dengan mendinginkan sumber panas.

Rumusan matematis hukum kedua termodinamika muncul dalam analisis pengoperasian mesin kalor dalam karya N. Carnot dan R. Clausius.

Clausius memperkenalkan fungsi negara S, disebut entropi, perubahannya sama dengan panas proses yang dapat dibalik, terkait dengan suhu

Untuk proses apa pun