Hess lag
Hess lag är termokemins grundläggande lag , som är formulerad enligt följande:
- Den termiska effekten av en kemisk reaktion utförd under isobarisk-isotermiska eller isokoriska-isotermiska förhållanden beror endast på typen och tillståndet hos utgångsmaterialen och reaktionsprodukterna och beror inte på vägen för dess förekomst .
Med andra ord, mängden värme som frigörs eller absorberas i någon process (vid p, T = const eller V, T = const) är alltid densamma, oavsett om denna kemiska omvandling sker i ett eller flera steg (förutsatt att temperaturen , ämnens tryck och aggregerade tillstånd är desamma). Till exempel utförs oxidationen av glukos i kroppen enligt en mycket komplex flerstegsmekanism, men den totala termiska effekten av alla steg i denna process är lika med glukosens förbränningsvärme. Med andra ord är Hess lag ett påstående om att den termiska effekten av en reaktion (Q p = ΔH p,T eller Q V=ΔUV ,T ) är en tillståndsfunktion. Den termiska effekten av en reaktion (som endast definieras för isobar-isotermiska eller isokor-isotermiska processer) bör inte förväxlas med värmen (Q) som frigörs eller absorberas under en process eller reaktion. I allmänhet är värme inte en tillståndsfunktion och beskrivs inte av Hess-lagen.
Figuren visar en schematisk framställning av någon generaliserad kemisk process för omvandling av utgångsämnena A 1 , A 2 ... till reaktionsprodukter B 1 , B 2 ..., som kan utföras på olika sätt i ett, två eller tre steg, som vart och ett åtföljs av en termisk effekt AHi . Enligt Hess lag är de termiska effekterna av alla dessa reaktioner relaterade till följande relation:
Lagen upptäcktes av den ryske kemisten G. I. Hess 1841; det är ett specialfall av termodynamikens första lag tillämpad på kemiska reaktioner. Den praktiska betydelsen av Hess lag är att den tillåter en att beräkna de termiska effekterna av en mängd olika kemiska processer; för detta används vanligtvis ett antal följder därav.
Konsekvenser av Hess lag
- Den termiska effekten av den framåtriktade reaktionen är lika stor och motsatt i tecken till den termiska effekten av den omvända reaktionen ( Lavoisier-Laplace lag ).
- Den termiska effekten av en kemisk reaktion är lika med skillnaden mellan summan av bildningsvärmen (ΔH f ) för reaktionsprodukterna och utgångsmaterialen, multiplicerat med stökiometriska koefficienter (ν):
- Den termiska effekten av en kemisk reaktion är lika med skillnaden mellan summan av förbränningsvärmen (ΔH c ) av utgångsmaterialen och reaktionsprodukterna, multiplicerat med stökiometriska koefficienter (ν):
Således, med hjälp av tabellvärdena för värmen från bildning eller förbränning av ämnen, är det möjligt att beräkna reaktionsvärmen utan att tillgripa experiment. Tabellvärdena för värmebildning och förbränning av ämnen hänvisar vanligtvis till den så kallade. standardvillkor . För att beräkna värmen från en process som sker under andra förhållanden är det nödvändigt att använda andra termokemilagar, till exempel Kirchhoffs lag , som beskriver beroendet av den termiska effekten av en reaktion på temperaturen
- Om de initiala och slutliga tillstånden för en kemisk reaktion sammanfaller, är deras termiska effekt noll.
Applikationsexempel
Exempel 1
Fråga:
- Ta reda på energin i kristallgittret av kaliumklorid.
Given:
- AHf , 298 (KCl) = -435,56 kJ/mol
- ΔH 298 atomisering (K (s)) = 128,74 kJ/mol
- AH298 -jonisering (K (g)) = 418 kJ/mol
- ΔH 298 dissociation (Cl 2 (g)) = 238,26 kJ/mol
Elektronaffinitet för klor = -363,66 kJ/mol
Per definition är var och en av dessa storheter exakt densamma som förändringar i entalpier för reaktioner vid bildning av ämnen (som kortfattat kallas "entalpier av ämnen" eller "entalpier för bildning av ämnen" i kemisk professionell jargong) och precis som förändringar i entalpier för reaktioner vid förbränning av ämnen (i professionell jargong "förbränningsentalpier") - på samma sätt karaktäriserar dessa termiska effekter varje specifik reaktion. Till att börja med skriver vi ut dessa reaktioner tilldelade namnen på termiska effekter (för enkelhetens skull kommer reaktionerna att numreras nedan):
ΔH f, 298 (KCl) kännetecknar reaktionen (nr 1) vid bildning av KCl från enkla ämnen som är stabila vid given p, T:
- K (s) + 0,5 Cl2 ( g) → KCl (s)
ΔH 298 atomisering (K (s)) kännetecknar reaktionen (nr 2):
- K(s) → K(g)
ΔH 298 jonisering (K (g)) kännetecknar reaktionen (nr 3):
- K (g) → K + + e - (g)
ΔH 298-dissociation (Cl 2 (g)) kännetecknar reaktionen (nr 4):
- Cl2 (g) → 2Cl (g)
Klorens elektronaffinitet kännetecknar reaktionen (nr 5):
- Cl (g) + e - (g) → Cl - (g)
Uppgiften är att addera den givna reaktionsekvationen från dessa reaktionsekvationer - energin i KCl-kristallgittret kännetecknar reaktionen (nr 6):
- K + + Cl – (g) → KCl (s)
För att göra detta, ta reaktionerna i följande kombination: nr 6 \u003d nr 1 + (-0,5) nr 4 + (-1) nr 5 + (-1) nr 2 + (-1) nr 3 \u003d nr 1 - 0,5 #4 - #5 - #2 - #3. När reaktionsekvationerna adderas adderas de termiska effekterna (med samma koefficienter som reaktionerna multiplicerades med). Det vill säga AH6 = AH1 - 0,5AH4 - AH5 - AH2 - AH3
- K (s) + 0,5 Cl2 ( g) → KCl (s)
- (K (s) → K (g))⋅(–1) = (K (g) → K (s))
- K + + e – (g) →K (g)
- Cl - (g) → Cl (g) + e - (g)
- Cl (g) → 0,5 Cl2 ( g)
Summan av dessa reaktioner:
- K (s) + Cl2 ( g) + K (g) + K + + e - (g) + Cl - (g) + Cl (g) → 0,5Cl2 (g) + Cl (g) + e – (g) + K (g) + K (s) + KCl (s)
Efter reduktion får vi:
- K + + Cl – (g) → KCl (s)
Efter behov betyder det att summeringen av reaktionerna utfördes korrekt och den resulterande totala termiska effekten karakteriserar exakt den önskade reaktionen.
Exempel 2
Given:
- B 2 O 3 (s) + 3H 2 O (g) → 3O 2 (g) + B 2 H 6 (g) (ΔH = 2035 kJ/mol)
- H2O (l) → H2O ( g ) (ΔH = 44 kJ/mol)
- H2 (g) + (1/2) O2 (g) → H2O ( l ) (ΔH = -286 kJ/mol)
- 2B (s) + 3H2 ( g) → B2H6 ( g ) (ΔH = 36 kJ/mol)
Hitta ΔH f för reaktionen:
- 2B (s) + (3/2) O 2 (g) → B 2 O 3 (s)
Efter att ha multiplicerat reaktionerna med siffror (inklusive -1, det vill säga vända reaktionerna), och följaktligen multiplicerat entalpiförändringarna för dessa reaktioner med samma siffror, får vi:
- B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) → B 2 O 3 (s) + 3H 2 O (g) (ΔH = -2035 kJ/mol)
- 3H2O (g) → 3H2O ( l ) (ΔH = -132 kJ/mol)
- 3H2O (l) → 3H2 ( g ) + (3/2) O2 ( g) (ΔH = 858 kJ/mol)
- 2B (s) + 3H2 ( g) → B2H6 ( g ) (ΔH = 36 kJ/mol)
Efter att ha lagt till dessa reaktionsekvationer och tagit med liknande termer i den resulterande ekvationen får vi:
- 2B (s) + (3/2) O2 ( g) → B2O3 (s) (ΔH = -1273 kJ/mol)
Litteratur
- Karapetyants M.Kh. Introduktion till teorin om kemiska processer. - M .: Högre skola, 1981. 304 sid.
- Stromberg A. G., Semchenko D. P. Fysikalisk kemi - M .: Higher school, 1999. 527 sid.
- Daniels F., Alberti R. Physical Chemistry - M.: Mir, 1978. 645 sid.
- Prigogine I., Kondepudi D. Modern termodynamik. Från värmemotorer till dissipativa strukturer. — M.: Mir, 2002. 461 sid.
- Borisov I.M. Grunderna i elektrokemi: lärobok. ersättning. - Ufa: BSPUs förlag, 2009.- 115 sid.