θερμοχημεία

Η καταστροφή του Hindenburg 6 Μαίου 1937, New Jersey. Η καταστροφή του Hindenburg

Πως όμως συνέβη αυτό; Το Hindenburg ήταν γεμάτο με υδρογόνο. Σπινθήρας που προήλθε μάλλον από κάποιο βραχυκύκλωμα προκάλεσε την έκλυση τεράστιων ποσών ενέργειας εξαιτίας της αντίδρασης του υδρογόνου με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας Η πραγματοποίηση ορισμένων χημικών αντιδράσεων συνοδεύεται από έκλυση ενέργειας στο «περιβάλλον». Άλλες πάλι για να πραγματοποιηθούν απαιτούν την προσφορά ενέργειας από το «περιβάλλον». Πιο γενικά κάθε χημική αντίδραση συνοδεύεται από ενεργειακές μεταβολές

Σε κάθε χημική αντίδραση τα άτομα ανασυνδυάζονται δημιουργώντας νέα μόρια. Για να γίνει αυτό πρέπει να σπάσουν οι αρχικοί δεσμοί στα αντιδρώντα και να δημιουργηθούν νέοι δεσμοί στα προϊόντα. Για να σπάσει όμως ένας δεσμός απαιτείται ενέργεια , ενώ κατά την δημιουργία του εκλύεται ενέργεια. 2H2 + O2 2H2O

Από αυτό το πάρε- δώσε ενέργειας εξαρτάται το τελικό ισοζύγιο ενέργειας, δηλαδή αν τελικά η αντίδραση θα απορροφά ή θα εκλύει ενέργεια. Οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις απορροφούν ή εκλύουν ενέργεια υπό την μορφή θερμότητας. Οι αντιδράσεις που όταν γίνονται, εκλύεται θερμότητα προς το περιβάλλον ονομάζονται εξώθερμες (+Q) Οι αντιδράσεις που για να πραγματοποιηθούν, απαιτείται προσφορά «ενέργειας» από το περιβάλλον ονομάζονται ενδόθερμες(-Q) Η θερμοχημεία μελετά την ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ χημικών αντιδράσεων- περιβάλλοντος.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα εξώθερμων αντιδράσεων είναι οι καύσεις Χαρακτηριστικό παράδειγμα εξώθερμων αντιδράσεων είναι οι καύσεις. Κατά την καύση 1 mol CH4 εκλύεται ποσόν θερμότητας Q=890KJ. Η αντίδραση αυτή μπορεί να παρασταθεί με την θερμοχημική εξίσωση: Q=+890KJ Τα 890 KJ που εκλύονται αποτελούν την διαφορά «ενεργειακού περιεχομένου» των αντιδρώντων από τα προϊόντα, όπως φαίνεται στο παρακάτω ενεργειακό διάγραμμα: Ε ν έ ρ γ ε ι α 1 mol CH4 και 2 mol Ο2 αντιδρώντα 1 mol CO2 και 2 mol H2O προϊόντα Διαφορά ενέργειας Θερμότητα που εκλύεται από το σύστημα προς το περιβάλλον

Για την διάσπαση ενός mol CaCO3 σε CaO(ασβέστη) και CO2 απαιτείται προσφορά θερμότητας Q=178KJ. Η αντίστοιχη θερμοχημική εξίσωση είναι: Q=-178KJ Τα 178 KJ που εκλύονται αποτελούν την διαφορά «ενεργειακού περιεχομένου» των προϊόντων από τα αντιδρώντα, όπως φαίνεται στο παρακάτω ενεργειακό διάγραμμα: προϊόντα ε ν έ ρ γ ε ι α 1 mol CaCO3 1 mol CaO και 1 mol CO2 αντιδρώντα Διαφορά ενέργειας Θερμότητα που απορροφάται από το περιβάλλον προς το σύστημα

Κάθε (χημικό) σύστημα περικλείει ενέργεια, η οποία ονομάζεται εσωτερική του ενέργεια. Οι χημικοί έχουν εισάγει την έννοια της ενθαλπίας (Η) η οποία εκφράζει κατά κάποιο τρόπο το ενεργειακό περιεχόμενο μιας ουσίας. Η ενθαλπία αυτή καθ’ εαυτή δεν μπορεί να μετρηθεί, μπορεί όμως να μετρηθεί η μεταβολή της (ΔΗ) Η ενθαλπία ενός συστήματος αποτελεί μια καταστατική ιδιότητα του… δηλαδή;;; Η μεταβολή της ενθαλπίας ισούται με το απορροφούμενο ή εκλυόμενο ποσόν θερμότητας, εφ’ όσον η αντίδραση πραγματοποιείται υπό σταθερή πίεση, δηλαδή ΔΗ=Q

Q>0 , ΔΗ<0 Q<0 , ΔΗ>0 αντιδρώντα Ε ν έ ρ γ ε ι α προϊόντα Ε ν έ ρ γ ε ι α αντιδρώντα Διαφορά ενέργειας πορεία αντίδρασης Q>0 , ΔΗ<0 (Q=ΔΗ) προϊόντα Ε ν έ ρ γ ε ι α αντιδρώντα Διαφορά ενέργειας πορεία αντίδρασης Q<0 , ΔΗ>0 (Q=ΔΗ)

Έτσι για εξώθερμες αντιδράσεις έχουμε: ΔΗ =Hπροϊόντων-Ηαντιδρώντων<0 Ενώ για τις ενδόθερμες ισχύει: ΔΗ =Hπροϊόντων-Ηαντιδρώντων>0 Η μεταβολή ενθαλπίας μιας αντίδρασης (ΔΗ) από δω και πέρα θα ονομάζεται απλά ενθαλπία αντίδρασης.

Η θερμοχημεία χρησιμοποιεί θερμοχημικές εξισώσεις Η θερμοχημεία χρησιμοποιεί θερμοχημικές εξισώσεις Π.χ. η καύση ενός mol CH4 απελευθερώνει 890KJ θερμότητας. Αυτό μπορεί να παρασταθεί με την παρακάτω θερμοχημική εξίσωση: ΔΗ=-890KJ Μεταξύ αντιδρώντων, προϊόντων και εκλυόμενης θερμότητας ισχύουν: 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Q=890KJ 2 mol 4mol 2 mol 4 mol Q= 1780 KJ 3 mol 6 mol 3 mol 6 mol Q= 2670 KJ …… …… …… ….. ……… x mol 2x mol x mol 2x mol Q= x . 890 KJ Δηλαδή η θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται σε μια αντίδραση (ενθαλπία) είναι στοιχειομετρικός παράγοντας στην θερμοχημική εξίσωση