Parliamo di cos'è il calore di formazione e definiamo anche quelle condizioni che vengono chiamate standard. Per capire questo problema, scopriremo le differenze tra sostanze semplici e complesse. Per consolidare il concetto di "calore di formazione", considera specifiche equazioni chimiche.
Entalpia standard di formazione delle sostanze
Nella reazione di interazione del carbonio con l'idrogeno gassoso, vengono rilasciati 76 kJ di energia. In questo caso, questa cifra è l'effetto termico di una reazione chimica. Ma questo è anche il calore di formazione di una molecola di metano da sostanze semplici. "Perché?" - tu chiedi. Ciò è dovuto al fatto che i componenti iniziali erano carbonio e idrogeno. 76 kJ / mol sarà l'energia che i chimici chiamano il "calore di formazione".
Tabelle dati
In termochimica esistono numerose tabelle che indicano i calori di formazione di varie sostanze chimiche a partire da sostanze semplici. Ad esempio, il calore di formazione di una sostanza la cui formula è CO2, allo stato gassosoha un indice di 393,5 kJ/mol.
Valore pratico
Perché abbiamo bisogno di questi valori? Il calore di formazione è un valore che viene utilizzato per calcolare l'effetto del calore di qualsiasi processo chimico. Per effettuare tali calcoli sarà richiesta l'applicazione della legge della termochimica.
Termochimica
Lui è la legge fondamentale che spiega i processi energetici osservati nel processo di una reazione chimica. Durante l'interazione, si osservano trasformazioni qualitative nel sistema reattivo. Alcune sostanze scompaiono, invece compaiono nuovi componenti. Tale processo è accompagnato da un cambiamento nel sistema energetico interno, che si manifesta sotto forma di lavoro o calore. Il lavoro associato all'espansione ha un indicatore minimo per le trasformazioni chimiche. Il calore rilasciato nella trasformazione di un componente in un' altra sostanza può essere elevato.
Se consideriamo una varietà di trasformazioni, per quasi tutte c'è un assorbimento o rilascio di una certa quantità di calore. Per spiegare i fenomeni che si verificano, è stata creata una sezione speciale: la termochimica.
Legge di Hess
Grazie alla prima legge della termodinamica, è stato possibile calcolare l'effetto termico in funzione delle condizioni di una reazione chimica. I calcoli si basano sulla legge fondamentale della termochimica, ovvero la legge di Hess. Diamo la sua formulazione: l'effetto termico di una trasformazione chimicaassociato alla natura, allo stato iniziale e finale della materia, non è associato al modo in cui viene effettuata l'interazione.
Cosa segue da questa formulazione? Nel caso di ottenere un determinato prodotto, non è necessario utilizzare una sola opzione di interazione, è possibile eseguire la reazione in vari modi. In ogni caso, indipendentemente da come si ottiene la sostanza desiderata, l'effetto termico del processo sarà lo stesso valore. Per determinarlo, è necessario riassumere gli effetti termici di tutte le trasformazioni intermedie. Grazie alla legge di Hess, è diventato possibile eseguire calcoli di indicatori numerici degli effetti termici, cosa impossibile da eseguire in un calorimetro. Ad esempio, quantitativamente il calore di formazione della sostanza di monossido di carbonio è calcolato secondo la legge di Hess, ma non sarai in grado di determinarlo con esperimenti ordinari. Ecco perché sono così importanti tabelle termochimiche speciali, in cui vengono inseriti valori numerici per varie sostanze, determinati in condizioni standard
Punti importanti nei calcoli
Dato che il calore di formazione è l'effetto termico della reazione, lo stato di aggregazione della sostanza in questione è di particolare importanza. Ad esempio, quando si effettuano misurazioni, è consuetudine considerare la grafite, piuttosto che il diamante, come lo stato standard del carbonio. Vengono anche prese in considerazione la pressione e la temperatura, ovvero le condizioni in cui inizialmente si trovavano i componenti reagenti. Queste grandezze fisiche possono avere un effetto significativo sull'interazione, aumentare o diminuire il valore dell'energia. Per i calcoli di base,termochimica, è consuetudine utilizzare specifici indicatori di pressione e temperatura.
Condizioni standard
Poiché il calore di formazione di una sostanza è la determinazione dell'entità dell'effetto energetico in condizioni standard, le individueremo separatamente. La temperatura per i calcoli viene scelta 298 K (25 gradi Celsius), pressione - 1 atmosfera. Inoltre, un punto importante a cui vale la pena prestare attenzione è il fatto che il calore di formazione per qualsiasi sostanza semplice è zero. Questo è logico, perché le sostanze semplici non si formano da sole, cioè non c'è dispendio di energia per la loro formazione.
Elementi di termochimica
Questa sezione della chimica moderna è di particolare importanza, perché è qui che vengono eseguiti calcoli importanti, si ottengono risultati specifici che vengono utilizzati nell'ingegneria dell'energia termica. In termochimica, ci sono molti concetti e termini che è importante operare per ottenere i risultati desiderati. L'entalpia (ΔH) indica che l'interazione chimica è avvenuta in un sistema chiuso, non vi è stata alcuna influenza sulla reazione di altri reagenti, la pressione era costante. Questo chiarimento ci permette di parlare dell'accuratezza dei calcoli eseguiti.
A seconda del tipo di reazione considerata, l'entità e il segno dell'effetto termico risultante possono differire in modo significativo. Quindi, per tutte le trasformazioni che coinvolgono la decomposizione di una sostanza complessa in più componenti più semplici, si presume l'assorbimento di calore. Le reazioni di combinazione di molte sostanze di partenza in un prodotto più complesso sono accompagnate darilasciando una notevole quantità di energia.
Conclusione
Quando si risolvono problemi termochimici, viene utilizzato lo stesso algoritmo di azioni. Innanzitutto, secondo la tabella, per ogni componente iniziale, così come per i prodotti di reazione, si determina il valore del calore di formazione, senza dimenticare lo stato di aggregazione. Inoltre, armati della legge di Hess, compongono un'equazione per determinare il valore desiderato.
Si dovrebbe prestare particolare attenzione alla presa in considerazione dei coefficienti stereochimici che esistono davanti alle sostanze iniziali o finali in una particolare equazione. Se nella reazione sono presenti sostanze semplici, i loro calori standard di formazione sono pari a zero, ovvero tali componenti non influiscono sul risultato ottenuto nei calcoli. Proviamo a utilizzare le informazioni ricevute su una reazione specifica. Se prendiamo come esempio il processo di formazione del metallo puro dall'ossido di ferro (Fe3+) per interazione con la grafite, allora nel libro di riferimento puoi trovare i valori del calore standard di formazione. Per l'ossido di ferro (Fe3+) sarà –822,1 kJ/mol, per la grafite (una sostanza semplice) è uguale a zero. Come risultato della reazione, si forma monossido di carbonio (CO), per il quale questo indicatore ha un valore di 110,5 kJ / mol, e per il ferro rilasciato, il calore di formazione corrisponde a zero. La registrazione del calore standard di formazione di una data interazione chimica è caratterizzata come segue:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Analisidal risultato numerico ottenuto secondo la legge di Hess, possiamo trarre una logica conclusione che questo processo è una trasformazione endotermica, cioè comporta il dispendio di energia per la reazione di riduzione del ferro dal suo ossido trivalente.
