Теоретичні відомості - раздел Химия, ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ Термохімія Є Розділом Термодинаміки, Що Вивчає Теплові Ефекти Хімічних Реакці...
Термохімія є розділом термодинаміки, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій, фазових перетворень, процесів розчинення, адсорбції, змочування, набухання та ін.
Теоретична основа термохімії – перший закон термодинаміки. Це закон збереження і перетворення енергії, який стверджує, що теплота Q, яка надана системі, витрачається на збільшення її внутрішньої енергії U і на виконання системою роботи проти зовнішніх сил А.
Для будь-якого елементарного термодинамічного процесу перший закон термодинаміки записується у вигляді:
(1.1)
Рівняння (1.1) є математичним виразом першого закону термодинаміки. Величина dU – повний диференціал енергії. Внутрішня енергія характеризує загальний запас енергії системи, тобто енергію поступального і обертального руху молекул, енергію коливань атомів, що входять до складу молекули, енергію обертання електронів навколо ядер і ядерну енергію. Коли система під дією різних чинників переходить із одного стану в інший, зміна її внутрішньої енергії ΔU не залежить від шляху, яким система перейшла від початкового до кінцевого стану, а залежить лише від цих станів.
Функції, заміна яких не залежить від способу проведення процесу, називаються функціями стану. Внутрішня енергія є функцією стану термодинамічної системи.
Теплота та робота – різні форми передачі енергії, що характеризують визначений процес, і, в загальному вигляді, не можуть бути функціями стану, тому в рівнянні (1.1) вони виражені не повним диференціалом, а нескінченно малим приростом теплоти та роботи.
Якщо процес виконується за сталого об'єму V=const (ізохорний процес), робота проти зовнішніх сил (робота розширення) відсутня і рівняння (1.1) можна записати у вигляді:
(1.2)
Оскільки U – функція стану, Qv також є функцією стану.
Якщо процес йде за умови сталого тиску Ρ=const (ізобарний процес), згідно з (1.3) в системі можливе виконання роботи розширення:
(1.3)
Після інтегрування рівняння (1.3) отримуємо:
(1.4)
Величина U+P∙V=H називається ентальпією. Зміна ентальпії, як і зміна внутрішньої енергії, не залежить від шляху процесу і є функцією стану. Зміну ентальпії відносять до одного моля речовини і вимірюють у Дж/моль. Отже Qр також є функцією стану
(1.5)
З (1.5) видно, що кількість теплоти, наданої системі за сталого тиску, дорівнює зміні ентальпії даної системи. Як випливає з (1.2) і (1.5), теплота процесу за умови V=const і Ρ=const залежить тільки від різниці енергії кінцевого і початкового стану системи. Ці рівняння є математичним виразом закону Гесса.
Закон Гесса є основним законом термохімії і формулюється так: якщо з даних вихідних речовин можна одержати задані кінцеві продукти різними шляхами, сумарна теплота процесу для всіх шляхів буде одна. Цей закон є цілком правильним лише для процесів, що проходять при сталому об'ємі (Qv=DU) або тиску (Qp =DН) за сталої температури.
Тепловим ефектом реакції називається кількість теплоти, що виділяється або поглинається при хімічній реакції за сталого об’єму та тиску за умови однакової температури початкових і кінцевих речовин.
Для порівняння теплових ефектів їх приводять до однакових умов. З цією метою введено поняття стандартних ефектів, значення яких вимірюють при T = 298 K і P = 101,325 кПа. Стандартні теплові ефекти позначають .
Згідно закону Гесса тепловий ефект процесу не залежить від шляхів переходу або проміжних стадій, а визначається лише початковим і кінцевим станами системи. Цей закон дозволяє розрахувати теплові ефекти процесів, які експериментально визначити немає можливості, через табличні значення теплот утворення, згоряння, розчинення.
Теплота утворення хімічної сполуки – це кількість тепла, що поглинається або виділяється при утворенні одного моля цієї сполуки із простих речовин при стандартних умовах. Теплоту утворення простих речовин умовно приймають рівною нулю.
Через те що більшість хімічних реакцій проходить за сталого тиску, для характеристики теплових ефектів використовують ентальпію ΔН. Ентальпія – це теплота утворення 1 моль сполуки з відповідних простих речовин за стандартних умов.
Розчинення речовини супроводжується виділенням або поглинанням теплоти, що характеризується інтегральним або диференціальним тепловим ефектом.
Інтегральною теплотою розчинення (ΔНр) називають теплоту розчинення 1 моль речовини з утворенням розчину заданої моляльності (моляльна концентрація характеризується числом молів речовини, розчиненої в 1000 г розчинника).
Диференціальна теплота розчинення – це теплота розчинення 1 моль речовини в нескінченно великій кількості розчину постійної концентрації.
Тепловий ефект при розчиненні кристалічної солі (ΔНр) визначається двома стадіями. Перша стадія характеризується ендотермічним процесом (E) руйнування кристалічних ґраток солі і віддалення іонів на значну відстань від поверхні кристалу. Друга - екзотермічним процесом (ΔНг) гідратації (сольватації) іонів. Отже
ΔНр=Е+ ΔНг (1.6)
Для розрахунку теплового ефекту розчинення солі була введена додаткова функція – теплоємність термодинамічної системи, яка визначається рівнянням:
(1.7)
Тобто, теплоємність визначається такою величиною теплоти процесу, при якій температура системи змінюється на 1ºС.
(1.8)
після інтегрування (1.8) отримаємо:
(1.9)
Завдання на виконання роботи
1. Визначити сталу калориметра за азотнокислим калієм.
2. Визначити інтегральну теплоту розчинення невідомої солі.
Прилади, лабораторний посуд та реактиви
Рис. 1.1. Калориметр
Калориметрична установка, терези, дистильована вода, сіль, термометр.
Калориметр (рис. 1.1) складається з кожуха та склянки, яку розміщують в кожух. Для зменшення теплообміну з навколишнім середовищем калориметр закривають кришкою, у яку вставляють мішалку, термометр і пробірку з сіллю.
Національний УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ... ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Теоретичні відомості
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Порядок виконання роботи
1. В склянку заливають 200 г води.
2. Розраховують кількість KNO3, що припадає на 200 г води, для одержання розчину концентрацією 0,2 - 0,3 Μ.
3. Для визначення ма
Порядок виконання роботи
1. Після визначення теплового ефекту розчинення солі KNO3 (сталої калориметра) калориметр звільняють від розчину, корки висушують, пробірки витирають тампоном з фільтрувального паперу.
Теоретичні відомості
Для аналізу поведінки систем, які складаються з декількох фаз застосовують фізико-хімічний метод, який ґрунтується на дослідженні зв’язків між складом системи (або іншими параметра
Порядок виконання роботи
1. Одержують у лаборанта штатив з набором запаяних пробірок, склад суміші яких наведений у таблиці, що додається до штативу.
2. Заповнюють водяну баню на 3/4 водопровідною водою.
Опрацювання результатів
За допомогою правила важеля з діаграми можна визначити не лише число рівноважних фаз та їх склад, але й кількісні співвідношення між масами фаз: маси рівноважних фаз обернено пропор
Теоретичні відомості
Визначення молярної маси базується на властивості розчинів замерзати за температури, нижчої за температуру замерзання чистого розчинника. Залежність температури замерзання розчину від його концентр
Визначення температури замерзання чистого розчинника
Найчастіше охолодження рідини до температури замерзання не спричинює утворення твердої фази (льоду). Рідина, що має температуру нижчу за температуру її замерзання, називається переохолодженою. Інод
Визначення температури замерзання розчину
При охолодженні розчину температура його знижується, він може охолодитись нижче температури замерзання – стати переохолодженим (рис. 3.3).
Порядок виконання роботи
1. В суху широкогорлу пробірку наливають таку кількість розчинника, щоб його рівень був вищий ртутної кульки термометра на 8–10 мм. Поміщений в пробірку з рідиною термометр Бекмана з мішалкою треба
Опрацювання результатів
1. Обчислюють зниження температури замерзання розчину за рівнянням 3.8.
2. При визначенні істинної молярної маси електролітів кріометричним методом, необхідно використовувати органічні роз
Питання для самоперевірки
1. Сформулюйте закон Рауля. Для яких розчинів справджується закон Рауля?
2. Властивості якого компоненту розчину (розчиненої речовини чи розчинника) визначають кріоскопічну сталу?
Теоретичні відомості
За електричною провідністю розрізняють провідники першого і другого роду. До перших належать всі метали та їх сплави, а до других – розчини і розплави електролітів. В розчинах електролітів електрич
Електрична провідність розчинів слабких електролітів
В розчинах слабких електролітів при значних розведеннях іони рухаються незалежно один від одного і їх електрична провідність при нескінченному розведенні підпорядковується правилу адитивності, тому
Електрична провідність розчинів сильних електролітів
Сильні електроліти внаслідок повної дисоціації не підлягають закону діючих мас. Еквівалентна електрична провідність сильних електролітів відрізняється від такої слабких електролітів не тільки значе
Методика виміру електричної провідності
Схему приладу для визначення опору провідника наведено на рис.4.3. Вона принципово не відрізняється від схеми моста для вимірювання опору провідників першого роду. Перша відмінність схеми полягає в
Порядок виконання роботи
1. Визначення сталої посудини проводять за допомогою 0,02 н розчину КСl, питомий опір якого відомий. В посудину, попередньо промиту цим же розчином наливають його стільки, щоб рівень рідини на 3–5
Опрацювання результатів
1. Розраховують питому електропровідність розчинів слабких електролітів
(4.14)
2. За формулами (4.4), (4.
Опрацювання результатів
1. За формулами (4.14) та (4.4) обчислюють питому та еквівалентну електропровідність.
2. Одержані дані заносять до табл. 3.
Таблиця 3
Оцінка похибки вимірювань
1. В загальну похибку входить відносна похибка вимірів електропровідності, яка дорівнює:
, (4.15)
де DR – абсолютн
Питання для самоперевірки
2. Охарактеризуйте типи провідників.
3. Чим відрізняються сильні електроліти від слабких?
4. Що називають питомою електричною провідністю розчину? Як змінюється її значення з конц
Теоретичні відомості
Електрохімія вивчає закономірності перетворення енергії хімічних реакцій в електричну при збереженні загального енергетичного балансу. Таке перетворення практично реалізується для електрохімічних с
Порядок виконання роботи
1. Складають гальванічний ланцюг, використовуючи два напівелементи з електродів першого роду, на прикладі елементу Даніеля-Якобі, підключають його до мультиметра і вимірюють ЕРС.
2. Запису
Теоретичні відомості
Хімічна кінетика вивчає швидкість проходження хімічних реакцій та залежність її від різноманітних чинників – концентрації реагуючих речовин, температури, впливу каталізаторів тощо.
Порядок виконання роботи
1. Приготувати у склянці об’ємом 50 мл 20 г розчину сахарози заданої концентрації.
2. До 20 мл розчину сахарози додати 20 мл 2 н розчину соляної кислоти. Попередньо ополіскуючи поляриметри
Порядок виконання роботи
1. У склянку налити 400 мл дистильованої води і поставити на столик магнітної мішалки.
2. Відрегулювати швидкість перемішування води у склянці (глибина повітряної воронки повинна не переве
Опрацювання результатів
Константу швидкості даної реакції розраховують за формулою:
, (6.18)
Питання для самоперевірки
1. Дайте визначення швидкості хімічної реакції?
2. Сформулюйте закон дії мас.
3. Що таке кінетичне рівняння реакції в загальному вигляді?
4. У чому полягає фізичний зміст
Теоретичні відомості
Поверхневий натяг (s) – це робота, яку необхідно витратити для утворення 1м2 нової поверхні розділу фаз, або еквівалентна їй вільна енергія, що припадає на 1м
Характеристики ПАР
Речовина
Молекулярна маса
М, а.од.м.
Густина
d1·10-6, г/м3
Вихідна концентра
Теоретичні відомості
Адсорбція – це процес накопичення молекул розчиненої речовини або газу на поверхні поділу фаз. Він супроводжується енергетичною зміною системи – виділенням або поглинанн
Порядок виконання роботи
1. Для виконання роботи готується розчин будь-якої органічної кислоти п¢яти різних концентрацій послідовним розведенням вдвічі. Початкові концентрації для кислот: оцтової – 0,2 – 0,4 Н, маслян
Теоретичні відомості
Колоїдними розчинами, або ліозолями, називають дисперсні системи, що складаються з дисперсної фази з частинками розміром 10-7 – 10-9м і рідкого дисперсі
Будова колоїдної частинки
Колоїдні розчини або ліозолі складаються з міцел (твердої дисперсної фази, навколо якої існує ПЕШ) та безперервного дисперсійного середовища, у якому містяться міцели, що рухаються внаслідок
Теоретичні відомості
На властивості колоїдних розчинів суттєво впливають потенціали, які класифікуються на міжфазний φ-потенціал та електрокінетичний ζ–потенціал. Міжфазний φ-потенціал зм
Порядок виконання роботи
1. Заповнити прилад Бертона (див. рис. 10.1):
a) в U-подібну трубку залити бокову рідину приблизно на половину об’єму приладу;
b) відкривши кран, при
Опрацювання результатів
Електрокінетичний, або ζ-потенціал розраховують за рівнянням (10.1), використовуючи рівняння (10.2) і (10.3) для визначення електрофоретичної рухливості.
У загальну по
Теоретичні відомості
Під стійкістю дисперсних систем розуміють сталість у часі її стану та основних властивостей: дисперсності, рівномірного розподілення частинок дисперсної фази у об’ємі дисперсійного
Оцінка похибки вимірювань
Загальна похибка проведення експерименту
.
При розведенні електролітів використовують градуйовану піпетку
Теоретичні відомості
Високомолекулярні сполуки (ВМС) отримали свою назву завдяки великій величині їхньої молекулярної маси, яка відрізняє їх від низькомолекулярних сполук (НМС). До високомолекуля
Ваговим методом
Загальний час від початку набухання
t, хв.
Маса платівки до часу t,
mt, мг
Ступінь набухання
Теоретичні відомості
Зв`язаною вважається вода, розташована на межі поділу фаз і приєднана до макромолекул ВМС за механізмом водневого зв’язку. Гідрофільними називають ВМС, що утворюють водневий
Оцінка похибки вимірювань
Загальна похибка визначення гідрофільності складатиметься з похибок:
вимірювання концентрації розчину цукрози рефрактометром
± 0,2 %×2 = 0,4 %;
вагових вимірів техн
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
.
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Новости и инфо для студентов