Termodynamika

 

Zkoumá fyzikální a chemické děje doprovázené energetickými změnami

Soustava – část prostoru omezená plochami

-          otevřená – vyměňuje s okolím E i hmotu

-          uzavřená – vyměňuje s okolím pouze E

-          izolovaná – nevyměňuje ani E ani částice

 

Stavová veličina – je závislá pouze na počátečním a konečném stavu soustavy, nikoli na cestě, kterou prošla (teplota, tlak, objem)

-          intenzivní – velikostí systému se nemění  (teplota, hustota)

-          extenzivní – závislé na velikosti systému (hmotnost, objem, enthalpie)

 

izobarické chem. reakce – probíhají za stejného tlaku

izothermické chem. reakce – probíhají za stejné teploty

Termochemie – oblast termodynamiky, která se zabývá studiem tepelného zabarvení chem. reakcí, které se z tohoto hlediska dělí na:

-          exotermické – teplo se uvolňuje (výchozí látky jsou energicky bohaté); ∆Q ‹ 0

-          endotermické – teplo se spotřebovává (výchozí látky musíme zahřívat; energeticky bohaté jsou produkty); ∆Q › 0

 

termochemie je založena na dvou základních zákonech:

LavoiserLaplaceův zákon – tepelné zabarvení přímé a zpětné reakce je až na znaménko stejné

Hessův zákon – výsledné reakční teplo chemické reakce závisí pouze na počátečním a konečném stavu, nikoliv na stavech přechodných

 

standardní stav – stav, kdy teplota je 25 C (298K) a tlak 101kPa

reakční teplo můžeme vypočítat z vazebných energií, ze slučovacího tepla nebo ze spalného tepla

enthalpie – patří mezi stavové veličiny

= množství tepla, které soustava během reakce (která probíhá za konst. tlaku v množství 1mol) uvolní nebo spotřebuje

 

2SO2 + O2 → 2SO3                  ∆H298 = ?                                 x = -791,4 + 2 x 296,8

S + O2 → SO2                          ∆H298 = -296,8 kJ                     x = 197,8 kJ

2S + 3O2→ 2SO3                     ∆H298 = -791,4 kJ

 

Reakční kinetika – studuje rychlost chemických reakcí a faktory, které je ovlivňují (koncentrace, teplota, katalyzátor)

 

1.       srážková teorie – model sloužící k výkladu chem. reakcí

podmínkou reakce je           - srážka dvou částic

-          jejich vhodná orientace

-          dostatečné množství energie (minimálně = aktivační E)

účinná srážka – molekuly, které se srazí, rozruší původní vazby a vznikají vazby nové; na přechodnou dobu vzniká tzv. aktivovaný komplex

 

2.       teorie aktivovaného komplexu – při účinné srážce vytvoří  reagující částice nestálý celek – aktivovaný komplex; ten se rychle rozpadá na původní částice nebo na produkty; je charakterizován určitou hodnotou aktivační E.

aktivační energie – EA – je dána rozdílem potenciální E aktivovaného komplexu a potenciální E výchozích látek; čím je větší, tím je rychlost reakce menší

 

 

pro rychlost reakce má význam:

-          počet srážek – závisí na      -      počtu částic (koncentrace)

-          povrchu a rozptýlení

-          teplota, tlak (zvýšení o 10ºC – rychlost reakce cca dvojnásobná)

-          účinnost srážek – závisí na -      aktivitě částic (aktivační E)

-          katalyzátorech

-          reaktivitě

 

Vyjadřování rychlosti reakce chem. reakcí

V = - ∆[R] / ∆t                                    V = + ∆[P] / ∆t

R – reaktant                                        P – produkt

 

GuldbergWaageův zákon

v = k . [A]a . [B]b         k – rychlostní konst.      a, b – indexy rovné stechiometrickým koeficientům

rovnovážná konstanta K = k1 / k2 = [HI]2 / [H2] . [I2]

je rovna součinu rovnovážných molárních koncentrací produktů dělenému s. r. m. k. reaktantů

 

poločas chem. reakce – čas potřebný k tomu, aby zreagovala polovina množství reaktantu; značí se t/2

 

negativní katalyzátor – inhibitor

homogenní katalýza – katalyzátor i reaktanty jsou ve stejné fázi

autokatalýza – některý ze vznikajících produktů je zároveň katalyzátorem

chemická rovnováha – rychlost reakce přímé a zpětné je stejná (v1 = v2 ); reakce neprobíhá; při porušení rovnováhy se opět mění poměr reaktantů a produktů – ustálí se rovnováha nová

 

přímá reakce    v1 = k1 . c[H2] . c[I2]

zpětná reakce   v2 = k2 . c2[HI]

 

Princip akce a reakce – porušení chemické rovnováhy vnějším zásahem (akcí) vyvolá děj (reakci), který směřuje k zrušení vnějšího zásahu