Curs 2

CURS 2 CHIMIE

• Conf. Dr. Mariana Prodana

TERMODINAMICA CHIMICA

PRINCIPIUL I AL TERMODINAMICII

• Aplicat la studiul efectelor termice ce însoțesc procesele chimice.

• Procesul termodinamic implică schimbul de energie între sistem și mediu.

  • Energie schimbată poate fi:

    • Lucru mecanic (L)

    • Caldura (Q)

• Relații:

  • Lucru mecanic efectuat de sistem asupra mediului: (+)

  • Lucru mecanic primit de sistem de la mediu: (-)

  • Caldura cedată: (-) (procese exoterme)

  • Caldura primită: (+) (procese endoterme)

Legea conservării energiei

• Transformarea termodinamică are loc fără pierdere sau creare de energie, doar în transformări riguroase.

• Imposibilitatea de a crea perpetuum mobile de tip I:

  • O mașină care produce energie din nimic

• Diferite forme de energie transformate în proporții echivalente.

• Relația lui Joule:

Energiile interne (U)

• Formula matematică a principiului I:

  • ΔU = Q – L

  • Modificarea energiei interne nu depinde de calea procesului, ci de starea inițială și finală a sistemului.

  • Pentru un proces elementar:

    • dU = δQ – δL

• Procesul chimic implică lucrul mecanic împotriva presiunii externe:

  • dU = δQ – PdV

Procese termodinamice

• Procese izocore:

  • Variatia de volum ΔV = 0

  • Efectul termic: Qv = ΔU

• Procese izobare:

  • δQp = dU + pdV

• Introducerea funcției termodinamice: entalpia (H)

  • H = U + PV

  • Efectul termic la presiune constantă:

    • Qp = ΔUp + PdVp = ΔH

    • Relația schimbului de căldură:

      • δQ = dH – Vdp

Entalpia și energia internă

• Entalpia este o funcție de stare, o proprietate extensivă.

• Diferența stărilor:

  • ΔH = H2 - H1

  • Ecuatia chimică generală:

    • ν1A1 + ν2A2 + ... = ν1'A1' + ν2'A2' + ...

• Exemple de coeficienți stoechiometrici

Reacții chimice izobare

• Endoterme: ΔH > 0 (creștere a entalpiei)

• Exoterme: ΔH < 0 (scădere a entalpiei)

• Relația între căldura de reacție:

  • Q = ΔU + pΔV

  • Qp = Qv + pΔV

Relația între entalpie și energie internă

• Δn: variația numărului de moli de gaz în reacție:

  • ΔH

    • Δn > 0: ΔH > ΔU

    • Δn < 0: ΔH < ΔU

    • Δn = 0: ΔH = ΔU

Termochimie și ecuații termochimice

• Termochimia analizează:

  • Date experimentale și aplicarea principiului I la reacții chimice.

• Ecuatiile termochimice includ:

  • Starea de agregare a reactanților și produselor.

  • Semnul și valoarea efectului termic

• Caldura de reacție:

  • Exoterme: ΔH < 0

  • Endoterme: ΔH > 0

Tipuri de căldură de reacție

• Caldura de neutralizare: caloria cedată în reacțiile acide-bazice.

• Caldura de ardere: căldura generată de oxidare.

• Caldura de hidratare: căldura câștigată în formarea hidratului.

Unități de măsură

• J/Kg, J/Kmol, kcal/mol

• 1 kcal/mol = 4181,6 J/kg

• Efect termic standard de formare: ∆fH0 298

• Caldura de descompunere: efectul termo al descompunerii unui compus.

Relații între căldura de reacție la diferite condiții

• Relația entalpie U + PV

• Variația entalpiei:

  • ∆H = ∆U + P∆V

  • Pentru eterogene, calculat cu gaze perfect:

    • P∆V = ∆νRT

Exemplu de reacții chimice

• Calculul căldurii de reacție la T 298,2K și V ct.