KIMIKA

Termokimika. Lehenengo printzipioa, barneko energia, entalpia eta Hess-en legea

Erreakzio kimiko bat gertatzen denean, ez da bakarrik substantzia batzuk beste batzuetan transformatzen, energia aldaketa bat ere sortzen baita. Aldaketa hori hainbestekoa izan ohi da, erreakzioak energia kontsumitzen edo sortzen baitu, bai bero moduan, lan mekaniko gisa, lan mekaniko bezala edo argizko energia moduan ere.

Sistema termodinamikoak

Sistema deitzen zaio ikasten ari garen ezaugarriak dituen materiaren zatiari. Horren inguruko guztiari ingurua edo giroa deitzen zaio. Bestalde, sistemak eta inguruak osatzen duten multzoari unibertsoa deitzen zaio. Sistemaren egoera termodinamikoa ezaugarri guztiak zehazten dituzten baldintzen multzoari deitzen zaio. Hauek dira ezaugarri horiek: tenperatura, presioa, konposizioa eta egoera fisikoa.

Egoeraren aldagaiak ezaugarri guztien balioak eta sistemaren egoera zehazten dituzten magnitudeak dira.

Egoeraren funtzioak sistemaren egoera bakoitzaren balio finko eta bereizgarriak dituzten magnitudeak dira. Horien balioa sistemaren egoeraren menpe bakarrik dago, eta ez sistemak egoera horretara iristeko erabili duen moduaren baitan. Bere egoera-funtzioen balioen baitan bakarrik dagoen sistemaren edozein propietate ere egoera funtzio bat dela esan behar da.

Erreakzio kimiko batean, parte hartzen duten substantziek sistema termodinamikoa osatzen dute; hasierako egoera batetik (erreaktiboak deitzen zaienak) amaierako egoera batera (produktuak) igarotzen dira.

Inguruarekin duten loturaren arabera, honela sailka daitezke sistemak:

  • Bakanduak: inguruarekin materiarik eta energiarik trukatzen ez duten sistemak dira; sistema-mota horiek ez dute kanpoaldetik ikus daitezkeen efekturik sortzen.
  • Itxiak: energia trukatzen duten sistemak dira. Hala ere, ez dute materiarik trukatzen inguruarekin.
  • Irekiak: energia eta materia kanpoaldearekin trukatzen duten sistema-motak dira.

Termodinamikaren lehenengo printzipioa

Termodinamikaren lehenengo printzipioak hau xedatzen du: sistemaren energia beti kontserbatzen da, eta sistema batek ingurunetik beroa jaso eta lan bat egiten badu, bien arteko kendura, sistemaren barneko energia (DE) aldatzeko erabiliko da. Honela adierazi behar da modu matematikoan:

DE = Q - W

Barneko energia egoeraren funtzioa da. Ezin daiteke bere balio absolutua ezagutu; sistemaren hasierako egoeraren eta amaierako egoeraren artean dagoen ezberdintasuna bakarrik jakin daiteke.

Aplikazioa erreakzio kimikoetan

Hauek izango dira oinarrizko erabilerak:

  • Beroa bolumen konstante batera igarotzea:

    DE = Q - W = Q - PDV = Qv

  • Beroa presio konstantera eramatea:

    DE = Q - W = Qp - PDV

Entalpia

Presio konstantean gertatzen diren erreakzio kimikoetan, hau jarri behar da:

Qp = H2 - H1 = DH

kasu horretan H, entalpia deitzen zaion energia-magnitudea da.

Entalpia egoera-funtzio bat da. Ezin daiteke bere balio absolutua ezagutu, hasierako egoeraren eta amaierakoaren arteko diferentzia bakarrik baizik.

Ekuazio termokimikoak

Presio konstantean gertatzen diren erreakzioetan, entalpia aldaketa zein den honela erabaki daiteke: ontzi ireki batean gertatzen den erreakzio batean xurgatutako edo askatutako beroa neurtuz.

Q = c m DT

kasu honetan:

  Q = xurgatutako edo askatutako beroa, jouletan adierazia.

  c = uraren bero espezifikoa = 4,18 J/g ºC

  m = ur-masa, gramotan.

  DT= tenperaturaren aldaketa, ºC-etan.

Hess-en legea

Hess-en legeak dio erreakzio kimiko batean, hala zuzenean nola faseka, DH-ren balioa berdina izango dela.

Erreakzioa bi edo erreakzio gehiagoren batuketa bezala adieraz badaiteke:

Ekuazioa [3] = Ekuazioa [1] + Ekuazioa [2] + ...

orduan, DH honela adieraz daiteke: DH3 = DH1 + DH2 + ...

Osaketako entalpia molar estandarra

Substantzia baten osaketako entalpia molar estandarra, DHf º, entalpiaren aldaketa da substantzia edo konposatu horren mol bat modurik egonkorrenean, 25 º C-etan eta 1 atmosferako presioan, osatzen duten elementuen bitartez sortzen denean.

DH-ren kalkuluak erreakzio batean

Edozein erreakzio kimikotan, entalpia aldaketa, Hº reakz , produktuen osaketa estandarreko entalpien baturaren eta erreaktiboen osaketaren entalpien batuketaren, arteko kenduraren berdina da.

DHº reakz = å DHº f (produktuak) - å DHº f (erreaktiboak)

Erreakzio bat beste batzuen algebra batuketa bezala adieraz daitekeenez, bere erreakzio-entalpia, erreakzio-entalpien batuketaren berdina izango da.

Kimika-laborategia

Laborategian egiten diren erreakzio gehienak leku bertako tenperatura eta presio atmosferikoan gertatzen dira. Sistema (kasu honetan irekia da) parte hartzen duten substantziek edo erreakzioan sortzen diren substantziek osatzen dute; gainerako guztia sistemaren ingurua edo giroa izan ohi da.

 

Erreakzio baten entalpia

Erreakzio exotermikoa: produktuen entalpia erreaktiboena baino txikiagoa da, hau da, DH < 0.

Erreakzio endotermikoa: produktuen entalpia erreaktiboena baino handiagoa da, hau da, DH > 0.

 

Erreakzio baten eskema bidezko adierazpena

Eskeman azaltzen den gezi beltzak, erreaktiboak produktu bihurtzen direnean egiten duten bide zuzena adierazten du. Gezi grisen multzoak, erreaktiboak lehenengo elementu eta jarraian produktu bihurtzen direnean egiten duten bide teorikoa agertzen du (guztia egoera estandarrean).