KIMIKA

Termokimika. Lotura-energia, berezkotasuna eta entropia

Lotura kimiko bat sortzen den prozesuan sistemaren energia gutxitu egiten da. Horren eragina energia kanpora joatea izan ohi da; energia horren balioa, lotura sortzen denean, sistemaren barneko energian gertatzen den aldaketaren berdina da.

Lotura-energia

A-B lotura-energia, gas egoeran dagoen mol bat, AB-rena, dagozkion atomo gaseosoetan banatu ahal izateko behar den energia-kantitatea da.

Molekula diatomiko batean lotura-energia disoziazio-prozesuko energia bezala defini daiteke:

H2 (g) ® 2 H (g) DH = 104,2 kJ

Horrek H - H loturaren energia, H2 molekulakoa, 104,2 kJ moleko dela esan nahi du.

AB konposatuaren osaketa-entalpia, dagozkion egoeren aldaketen entalpien aldakuntzak, edo disoziazio-entalpiaren aldaketak ezagutuz gero, loturaren energia kalkula daiteke.

Erreakzioaren beroa bolumen konstantean

Termodinamikaren lehenengo printzipioan (17. gaia ikusi) oinarrituta hau esan daiteke:

DE = Q - W

Erreakzio kimikoak bolumen konstante batean gertatzen direnean, W = 0, eta horrenbestez:

DE = Qv

Kasu horretan Qv erreakzioaren beroa litzateke, bolumen konstante batean.

Qv erreakzioa bolumen konstantean gertatzen denean trukatzen den bero-energia da. Sortzen diren produktuek, erreakzioa hasi zenean, erreaktiboek zuten tenperatura bera izan ohi dute.

Kasu honetan, Qv barnealdeko energiak hasierako eta bukaerako egoerak kontuan hartuta jasan duen aldaketa da; horrenbestez, egoera funtzio bat dela esan daiteke.

Gasek parte hartzen duten erreakzioetan, eta Dn = 0 dela frogatzen denean, hau ere bete behar da, nahiz eta ontzi ireki batean gertatu presio konstante batean: DV = 0, hori dela eta, bolumen konstantean gertatzen diren erreakzioak ere badirela esan daiteke; askatzen edo xurgatzen den beroa barnealdeko energiak pairatzen duen aldaketaren berdina da.

Erreakzio kimikoen berezkotasuna

Prozesu kimiko berezkoak (edo espontaneoak) dira baldintza jakin batzuetan, modu natural batean, gertatzen diren prozesuak. Horri buruz zenbait aipu egin behar dira:

  • Berezko prozesu batzuk hasierako estimulu bat behar dute. Hori gertatzen da uraren sortze-erreakzioan.
  • Berezkotasunak ez du inongo ondoriorik prozesuen abiaduran. Esate baterako, burdinaren herdoiltzea oso geldoa den prozesu espontaneoa da.
  • Erreakzio bat espontaneoa bada baldintza jakin batzuetan, alderantzizko erreakzioa ez da berezkoa izaten baldintza berdin horietan. Uraren deskonposizioa, esate baterako, elektrolisi bidez, ez da espontaneoa izaten, energia elektrikoa behar baitu, eta erreakzioa geratu egiten da korronte elektrikoaren igarotzea eteten denean.
  • Berezko prozesu gehienak exotermikoak izan ohi dira. Hala eta guztiz ere, salbuespenak ere badaude. Salbuespen horietariko bat izotzarena da, prozesu endotermiko eta espontaneoa baita.
  • Tenperatura baxuetan ez espontaneoak diren, baina tenperatura altuetan berezkoak diren erreakzioak ere badaude. Hori gertatzen da kaltzio karbonatoaren deskonposizioan.

Entropia

Entropia egoera-funtzio bat da (ezin daiteke bere balio absolutua ezagutu; hasierako eta amaierako egoeren arteko diferentzia bakarrik ezagutu daiteke). Honela adierazi daiteke:

Kasu horretan DQ xurgatutako edo emandako beroa da, eta T tenperatura.

Entropiak sistema baten desordena-maila neurtzen du. Ordenarik ez duten sistemek entropia altua dute; eta aldiz, sistema ordenatuek entropia maila oso baxua dute.

Erreakzio exotermikoetan (beroa askatzen da) inguruaren entropia hazi egiten da.

Erreakzio endotermikoetan (beroa xurgatzen da) inguruaren entropia gutxitu egiten da.

Erreakzio kimiko berezkoen adibide batzuk

Aire zabalean utzi den burdinaren herdoiltze edo oxidazioa:

2 Fe (s) + 3/2 O2 + 3 H2O (l) ® 2 Fe (OH)3 (s) ; DH = -791 kJ

Pospolo baten errekuntza igurtzitzerakoan:

P4S3 (s) + 8 O2 (g) ® P4O10 (s) + 3 SO2 (g) ; DH = -620 kJ

Oxigeno eta hidrogeno nahasketa baten su hartzea, txinparta baten aurrean:

2 H2 (g) + O2 (g) ® 2 H2O (l) DH = -572 kJ

C-H lotura-energia metanoan

C (g) ® C (grafitoa)
DH = - 712,3 kJ

2 H (g) ® H2 (g)
DH = - 435,6 kJ

C (grafitoa) + 2 H2 ® CH4
DH = - 74,8 kJ

Bigarren ekuazioa 2-z biderkatzen badugu, eta atalez atal batuz gero, honako hau lortuko dugu:

C (g) + 4 H (g)®CH4 (g)
DH = - 1.658,2 kJ

Lau C-H loturen osatze-erreakzioa hori litzateke, eta berdin-berdinak direnez, horietariko bakoitzak 414,6 kJ-ko lotura-energia izango du.
 

Bero-kapazitatea

Substantzia baten tenperatura gradu zentigrado bat edo Kelvin bat igo ahal izateko behar den bero-kantitateari substantziaren bero-kapazitatea (C) deitzen zaio.

Mol baten bero-kapazitateari bero-kapazitate molarra (Cm) deitzen zaio eta J/mol. K-tan neurtu ohi da. Masa unitatearen bero-kapazitateari bero-espezifikoa (ce) deitzen zaio eta bere unitatea hau da: J/g ºC.

DT-tan substantzia baten kantitate jakin baten tenperatura igotzeko behar den beroa hau da:

Q = CDT

Aukeratutako magnitudeen arabera, ondorengo bi adierazpenetariko bat erabili beharko da:

Q = nCmDT o

Q = mceDT

n mol kopurua da eta m, masa.