בוא נדבר על מה זה חום ההיווצרות, וגם נגדיר את אותם תנאים שנקראים סטנדרטיים. על מנת להבין סוגיה זו, נברר את ההבדלים בין חומרים פשוטים למורכבים. כדי לגבש את המושג "חום היווצרות", שקול משוואות כימיות ספציפיות.
אנטלפיה סטנדרטית של היווצרות חומרים
בתגובה של אינטראקציה של פחמן עם מימן גזי, משתחררת 76 קילו-ג'יי אנרגיה. במקרה זה, נתון זה הוא ההשפעה התרמית של תגובה כימית. אבל זהו גם חום היווצרותה של מולקולת מתאן מחומרים פשוטים. "למה?" - אתה שואל. זאת בשל העובדה שהרכיבים הראשוניים היו פחמן ומימן. 76 קילו ג'ל/מול תהיה האנרגיה שכימאים מכנים "חום היווצרות".
טבלאות נתונים
בתרמוכימיה, ישנן טבלאות רבות המציינות את חום ההיווצרות של כימיקלים שונים מחומרים פשוטים. לדוגמה, חום היווצרות של חומר שהנוסחה שלו היא CO2, במצב גזיבעל אינדקס של 393.5 קילו ג'ל/מול.
ערך מעשי
למה אנחנו צריכים את הערכים האלה? חום היווצרות הוא ערך המשמש בעת חישוב השפעת החום של כל תהליך כימי. על מנת לבצע חישובים כאלה, יידרש יישום חוק התרמוכימיה.
Thermochemistry
הוא החוק הבסיסי שמסביר את תהליכי האנרגיה הנצפים בתהליך של תגובה כימית. במהלך האינטראקציה, נצפות טרנספורמציות איכותיות במערכת המגיבה. חלק מהחומרים נעלמים, במקום מופיעים רכיבים חדשים. תהליך כזה מלווה בשינוי במערכת האנרגיה הפנימית, המתבטא בצורה של עבודה או חום. לעבודה הקשורה להרחבה יש אינדיקטור מינימום לתמורות כימיות. החום המשתחרר בהפיכת רכיב אחד לחומר אחר יכול להיות גדול.
אם ניקח בחשבון מגוון של טרנספורמציות, כמעט לכולם יש ספיגה או שחרור של כמות מסוימת של חום. כדי להסביר את התופעות המתרחשות, נוצר קטע מיוחד - תרמוכימיה.
חוק הס
הודות לחוק הראשון של התרמודינמיקה, אפשר היה לחשב את ההשפעה התרמית בהתאם לתנאים של תגובה כימית. החישובים מבוססים על החוק הבסיסי של התרמוכימיה, כלומר חוק הס. אנו נותנים את הניסוח שלו: ההשפעה התרמית של טרנספורמציה כימיתהקשורים לטבע, למצב הראשוני והסופי של החומר, הוא אינו קשור לאופן ביצוע האינטראקציה.
מה נובע מניסוח זה? במקרה של קבלת מוצר מסוים, אין צורך להשתמש רק באפשרות אינטראקציה אחת, ניתן לבצע את התגובה במגוון דרכים. בכל מקרה, לא משנה איך משיגים את החומר הרצוי, ההשפעה התרמית של התהליך תהיה באותו ערך. כדי לקבוע זאת, יש צורך לסכם את ההשפעות התרמיות של כל טרנספורמציות הביניים. הודות לחוק הס, ניתן היה לבצע חישובים של אינדיקטורים מספריים של השפעות תרמיות, שאי אפשר לבצע בקלורית. לדוגמה, מבחינה כמותית חום היווצרותו של חומר חד חמצני הפחמן מחושב לפי חוק הס, אך לא תוכל לקבוע זאת בניסויים רגילים. לכן חשובות כל כך טבלאות תרמוכימיות מיוחדות, שבהן הוזנו ערכים מספריים עבור חומרים שונים, שנקבעו בתנאים סטנדרטיים
נקודות חשובות בחישובים
בהתחשב בכך שחום ההיווצרות הוא ההשפעה התרמית של התגובה, יש חשיבות מיוחדת למצב הצבירה של החומר הנדון. לדוגמה, בעת ביצוע מדידות, נהוג להתייחס לגרפיט, ולא ביהלום, כמצב הסטנדרטי של פחמן. לחץ וטמפרטורה נלקחים גם בחשבון, כלומר, התנאים שבהם הרכיבים המגיבים היו ממוקמים בתחילה. לכמויות פיזיקליות אלו יכולות להיות השפעה משמעותית על האינטראקציה, להגדיל או להקטין את ערך האנרגיה. לחישובים בסיסיים,תרמוכימיה, נהוג להשתמש באינדיקטורים ספציפיים של לחץ וטמפרטורה.
תנאים סטנדרטיים
מכיוון שחום היווצרותו של חומר הוא קביעת גודל השפעת האנרגיה בתנאים סטנדרטיים, נפרט אותם בנפרד. הטמפרטורה לחישובים נבחרת 298 K (25 מעלות צלזיוס), לחץ - 1 אטמוספירה. בנוסף, נקודה חשובה שכדאי לשים לב אליה היא העובדה שחום ההיווצרות של כל חומר פשוט הוא אפסי. זה הגיוני, כי חומרים פשוטים אינם נוצרים בעצמם, כלומר, אין הוצאת אנרגיה להיווצרותם.
אלמנטים של תרמוכימיה
לחלק זה של הכימיה המודרנית יש חשיבות מיוחדת, מכיוון שכאן מתבצעים חישובים חשובים, מתקבלות תוצאות ספציפיות המשמשות בהנדסת חשמל תרמית. בתרמוכימיה יש הרבה מושגים ומונחים שחשוב לתפעל על מנת להגיע לתוצאות הרצויות. אנתלפיה (ΔH) מצביעה על כך שהאינטראקציה הכימית התרחשה במערכת סגורה, לא הייתה השפעה על התגובה מגיבים אחרים, הלחץ היה קבוע. הבהרה זו מאפשרת לנו לדבר על הדיוק של החישובים שבוצעו.
בהתאם לאיזה סוג תגובה נחשב, הגודל והסימן של האפקט התרמי שנוצר עשויים להיות שונים באופן משמעותי. לכן, עבור כל הטרנספורמציות הכרוכות בפירוק של חומר מורכב אחד למספר מרכיבים פשוטים יותר, ההנחה היא ספיגת חום. התגובות של שילוב חומרים התחלתיים רבים למוצר אחד ומורכב יותר מלוות במשחרר כמות משמעותית של אנרגיה.
מסקנה
כאשר פותרים כל בעיה תרמוכימית, נעשה שימוש באותו אלגוריתם של פעולות. ראשית, על פי הטבלה, עבור כל מרכיב ראשוני, כמו גם עבור תוצרי התגובה, נקבע ערך חום ההיווצרות, מבלי לשכוח את מצב הצבירה. בנוסף, חמושים בחוק הס, הם יוצרים משוואה כדי לקבוע את הערך הרצוי.
יש לתת תשומת לב מיוחדת לקחת בחשבון את המקדמים הסטריאוכימיים הקיימים מול החומרים ההתחלתיים או הסופיים במשוואה מסוימת. אם יש חומרים פשוטים בתגובה, אז חום ההיווצרות הסטנדרטי שלהם שווה לאפס, כלומר, רכיבים כאלה אינם משפיעים על התוצאה המתקבלת בחישובים. בואו ננסה להשתמש במידע שהתקבל על תגובה ספציפית. אם ניקח כדוגמה את תהליך היווצרות מתכת טהורה מתחמוצת ברזל (Fe3+) על ידי אינטראקציה עם גרפיט, אז בספר העיון תוכלו למצוא את הערכים של חום ההיווצרות הסטנדרטי. עבור תחמוצת ברזל (Fe3+) זה יהיה -822.1 קילו ג'ל/מול, עבור גרפיט (חומר פשוט) זה שווה לאפס. כתוצאה מהתגובה, נוצר פחמן חד חמצני (CO), שעבורו למחוון זה יש ערך של 110.5 קילו-ג'יי / מול, ועבור הברזל המשוחרר, חום ההיווצרות מתאים לאפס. התיעוד של חום היווצרות הסטנדרטי של אינטראקציה כימית נתונה מאופיין באופן הבא:
ΔHo298=3× (–110.5) – (–822.1)=–331.5 + 822.1=490.6 kJ.
ניתוחהתוצאה המספרית המתקבלת על פי חוק הס, נוכל להגיע למסקנה הגיונית שתהליך זה הוא טרנספורמציה אנדותרמית, כלומר, הוא כרוך בהוצאת אנרגיה לתגובת הפחתת הברזל מהתחמוצת המשולשת שלו.
