Energija - hemija.mehemija.me/wp-content/uploads/2018/11/hemijska-termodinamika.pdf · Prvi zakon termodinamike OPŠTA I NEORGANSKA HEMIJA BIOLOGIJA • Entropija svemira teži k

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija

OPŠTA I NEORGANSKA HEMIJA BIOLOGIJA

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).



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.



Rad

• Energija potrebna da se objekat pomjeri duž neke distance.

w = F d,



Toplota

• Toplota se prenosi sa toplijih na hladnije predmete

• Neuređen oblik predaje energije

• Predajom energije u obliku toplote, haotičnost kretanja u sistemu se povećava



Potencijalna energija

– Energija hemijskih veza

– Energija atomskih jezgara



Kinetička energija

– Energija kretanja molekula (translacionu, rotacionu i vibracionu)



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



Prelazak energije

a) Kada se ova glinena loptica pomjera sa zemlje ka vrhu zida, povećava se njena potencijalna energija



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.



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.



• 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


Prvi zakon termodinamike


• Promjena unutrašnje energije sistema je jednaka:

E = Ekrajnje − Epočetno

Use Fig. 5.5


Ukupna energija


• Ako je

E > 0, Ekrajnje > Epočetno

– U tom slučaju sistem apsorbuje energiju od okruženja.

– Te energetske promjene su endotermne.

HEMIJSKA TERMODINAMIKAPromjena unutrašnje energije


• Ako je

E < 0, Ekrajnje < Epočetno

– U tom slučaju sistem oslobađaenergiju u okruženje.

– Te energetske promjene su egzotermne.



• 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.



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



• Kada sistem apsorbuje toplotu iz okruženja, proces je

endoterman.

HEMIJSKA TERMODINAMIKARazmjena toplote između sistema i okruženja


• 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


• Stalan pritisak izobarni.

• Stalna zapremina izohorni

• Stalna temperatura izotermni



• Količina razmijenjene toplotne energije pri P=const

HEMIJSKA TERMODINAMIKAentalpija

H = E + PV


• Kada se sistem mijenja pri konstantnom pritisku, H, je

H = (E + PV)

• Ili možemo pisati

H = E + PV



• 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.



• Endoterman proces, H je pozitivna.



• Endoterman proces, H je pozitivna.

• Egzoterman proces, H je negativna.




promjena entalpije, H, je entalpija produkata minus entalpija reaktanata:

H = Hprodukata − Hreaktanata



Kalorimetar

Mjerenje promjene termalne energije u jednom izolovanom sistemu


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


HEMIJSKA TERMODINAMIKAEntalpija reakcije

o

f H→ − standardna entalpija stvaranja


• 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),


• 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),


Ukupan toplotni efekat hemijkoj procesa ne zavisi od puta kojim se proces odvija, već od početnog i krajnjeg stanja.


Hesov zakon





entalpija nekog procesa je zbir vrijednosti entalpija

procesa na koje dati proces može biti rastavljen


H = nHf(products) - mHf(reactants)


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)



Thermochemistry


C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(graphite) + 4 H2 (g)


4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)



Thermochemistry


C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)



4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)



Thermochemistry

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)



4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

• Zbirna reakcija



Thermochemistry

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)



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



Energija koja se oslobodi

tokom reakcije

Pretvara se u koristan rad



Energija koja se oslobodi tokom

reakcije

Pretvara se u koristan rad

Ostaje u sistemu kao

vezana energija




reakcije

Gibsova slobodna energija

Ostaje u sistemu kao

vezana energija




reakcije

∆GOstaje u

sistemu kao vezana energija




tokom reakcije

∆G entropija




tokom reakcije

∆G ∆S


• 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


Prvi zakon termodinamike


• Entropija svemira teži k povećanju

• Prirodni procesi su spontani i ireverzibilni, praćeni su degradacijom energije, tj. povećanjem entropije

• neuređenost sistema– pokretačka snaga spontanosti procesa


Drugi zakon termodinamike


HEMIJSKA TERMODINAMIKAentropija

Drugim riječima:

Za reverzibilne procese:

Suniv = Ssistem + Sokruženje = 0

Za ireverzibilne procese:

Suniv = Ssistem + Sokruženje > 0


HEMIJSKA TERMODINAMIKAentropija

Pri spontanom miješanju dva gasa:

S>0



• Entropija sistema raste sa porastom:

Temperature

Zapremine

Broja atoma u molekulu




reakcije

∆G ∆S



• Kada je S pozitivna, G je negativna.

• Dakle, kada je G negativna, proces je spontan.



• Ako je ΔG negativno spontana je direktna reakcija.

• Ako je ΔG=0sistem je u stanju ravnoteže.

• Ako je ΔG pozitivno spontana je povratna reakcija.



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


Documents

Energija - hemija.mehemija.me/wp-content/uploads/2018/11/hemijska-termodinamika.pdf · Prvi zakon termodinamike OPŠTA I NEORGANSKA HEMIJA BIOLOGIJA • Entropija svemira teži k