ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος 10. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ - ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ Η θερμοδυναμική είναι η μελέτη της ενέργειας, του έργου και της θερμότητας. Η μεταξύ τους σχέση κατά την πραγματοποίηση χημικών μεταβολών αποτελεί το κύριο αντικείμενο μελέτης της. Επιπλέον, η θερμοδυναμική μπορεί να υπολογίσει την ενέργεια που παράγεται ή καταναλώνεται και σε φυσικές μεταβολές (πάγωμα ή βράσιμο νερού). Εσωτερική ενέργεια Ε Κάθε κλειστό σύστημα έχει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας που ονομάζεται εσωτερική ενέργεια. Τα κύρια χαρακτηριστικά του μεγέθους είναι: Είναι σταθερή, υπό σταθερή θερμοκρασία. Μεταβάλλεται μόνο με τη θερμοκρασία. Η εσωτερική ενέργεια είναι αποτελεί ιδιότητα του συστήματος που είναι ανεξάρτητη από τον τρόπο και το δρόμο και το χρόνο που έφτασε το σύστημα στην τελική κατάσταση αλλά εξαρτάται από την αρχική και τελική κατάσταση. Η ενέργεια διατηρείται (δεν αφανίζεται, ούτε δημιουργείται από το 0). Μετατρέπεται από μια μορφή σε μια άλλη (1ος νόμος θερμοδυναμικής). ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Έστω η αντίδραση: αΑ + βΒ γΓ + δΔ Έστω η αντίδραση: αΑ + βΒ γΓ + δΔ Θερμότητα αντίδρασης ονομάζεται το ποσό της θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά την πλήρη μετατροπή α mole του σώματος Α και β mole του σώματος Β σε γ mole του σώματος Γ και δ mole του σώματος Δ. Η θερμότητα της αντίδρασης αναφέρεται σε μια καθορισμένη θερμοκρασία των αντιδρώντων και των προϊόντων. Επειδή όμως κατά την τη διάρκεια της αντίδρασης η θερμοκρασία συνήθως μεταβάλλεται, κατά τον υπολογισμό της θερμότητας της αντίδρασης τα προϊόντα πρέπει να ανάγονται στη θερμοκρασία που είχαν τα αντιδρώντα. Η θερμότητα αντίδρασης εξαρτάται: Από τη θερμοκρασία Από τη φυσική κατάσταση των αντιδρώντων και προϊόντων Από την αλλοτροπική μορφή των σωμάτων ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΕΞΩΘΕΡΜΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ Έστω η αντίδραση: Α-Β + Γ-Δ Α-Δ + Β-Γ. Έστω η αντίδραση: Α-Β + Γ-Δ Α-Δ + Β-Γ. Κάθε χημικός δεσμός έχει αποθηκευμένη ενέργεια. Για να λάβει χώρα η αντίδραση, πρέπει να σπάσουν οι δεσμοί των αντιδρώντων. Η διαδικασία αυτή χρειάζεται πάντοτε ενέργεια. Την ίδια στιγμή για να σχηματισθούν οι δεσμοί Α-Δ και Γ-Β απελευθερώνει πάντοτε ενέργεια. Πορεία της Αντίδρασης Ενέργεια Αντιδρώντα Προϊόντα Α + Β Γ + Δ ΔΕ Εάν η ενέργεια που χρειάζεται για να σπάσουν οι δεσμοί των αντιδρώντων είναι μικρότερη από αυτήν που εκλύεται για τον σχηματισμό των δεσμών Α-Δ και Β-Γ, η αντίδραση θα απελευθέρωση την περίσσεια της ενέργειας. Η ενέργεια είναι προϊόν της αντίδρασης και η αντίδραση καλείται εξώθερμη αντίδραση. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΕΝΔΟΘΕΡΜΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ Εάν η ενέργεια που χρειάζεται για να σπάσουν οι δεσμοί των αντιδρώντων είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται με τον σχηματισμό των δεσμών Α-Δ και Γ-Β, η αντίδραση θα χρειαστεί μια εξωτερική παροχή ενέργειας. Η διαθέσιμη στο σύστημα είναι ανεπαρκής για να ξεκινήσει η διαδικασία διάσπασης των δεσμών την περίσσεια της ενέργειας. Η ενέργεια είναι στα αντιδρώντα της αντίδρασης και η αντίδραση καλείται ενδόθερμη αντίδραση. Α + Β Γ + Δ ΔΕ Αντιδρώντα Προϊόντα Πορεία της Αντίδρασης Ενέργεια Υπάρχουν ελάχιστες αντιδράσεις κατά τις οποίες το ποσό της θερμότητας που εκλύε-ται ή απορροφάται είναι πρακτικά μηδέν και θεωρούνται θερμοουδέτερες. Όταν αντιστρέφουμε θερμοχημικές εξισώ-σεις, το ποσό της θερμότητας Q αλλάζει πρόσημο. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ α) Θερμότητα σχηματισμού μιας ένωσης ονομάζεται το ποσό θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά τον σχηματισμό 1 mole μιας ένωσης από τα συστατικά της. 2C(s) + O2 (g) + 2H2 (g) CH3COOH + 116 Kcal β) Θερμότητα καύσης ενός στοιχείου ή χημικής ένωσης ονομάζεται το ποσό θερμότητας που εκλύεται κατά την πλήρη καύση 1 mole του στοιχείου ή μιας ένωσης. C(s) + O2 (g) CO2 (g) + 94 Kcal γ) Θερμότητα διάλυσης μιας ένωσης σε ορισμένο διαλύτη ονομάζεται το ποσό θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά τη διάλυση 1 mole μιας ένωσης σε μεγάλη περίσσεια διαλύτη. HCl(g) HCl (aq) + 18 Kcal δ) Θερμότητα εξουδετέρωσης ονομάζεται το ποσό θερμότητας που εκλύεται κατά την πλήρη εξουδετέρωση 1 γραμμοϊσοδυνάμου οξέος από 1 γραμμοϊσοδύναμο βάσης σε υδατικό διάλυμα. NaOH(aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (g) + 13,5 Kcal ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΕΝΘΑΛΠΙΑ Ενθαλπία είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να εκφράσει τη θερμική ενέργεια μιας αντίδρασης. Η διαφορά ενέργειας μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων μιας χημικής αντίδρασης είναι η αλλαγή στην ενθαλπία και συμβολίζεται σαν ΔΗο. Νόμος του Hess: Η μεταβολή της ενθαλπίας μιας αντίδρασης είναι ανεξάρτητη από τον τρόπο και το δρόμο και το χρόνο που γίνεται η αντίδραση και εξαρτάται από την αρχική κατάσταση των αντιδρώντων και την τελική των προϊόντων αντιδράσεων. Όταν η ΔΗ μιας αντίδρασης έχει αρνητική τιμή (ΔΗ<0) τότε η αντίδραση είναι εξώθερμη δηλαδή κατά την πραγματοποίησή της εκλύεται θερμότητα, Όταν η ΔH>0 τότε η αντίδραση είναι ενδόθερμη δηλαδή για να πραγματοποιηθεί απορροφάται θερμότητα. Για την καύση του μεθανίου: CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g) + 211 Kcal, Η διάσπαση της αμμωνίας σε άζωτο και υδρογόνο είναι μία ενδόθερμη αντίδραση: 2ΝΗ3 (g) N2(g) + 3H2 (g) - 22 Kcal ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΕΝΤΡΟΠΙΑ κ ΑΥΘΟΡΜΗΤΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος δηλώνει ότι το σύμπαν τείνει προς αυξανόμενη αταξία ή προς το τυχαίο. Μέτρο της αταξίας του χημικού συστήματος είναι η εντροπία που παριστάνεται με S0. Η εντροπία μιας αντίδρασης μετριέται σαν τη διαφορά ΔS0, μεταξύ της εντροπίας S0, των προϊόντων και των αντιδρώντων. → Τυχαίο ή άτακτο σύστημα παρουσιάζει υψηλή εντροπία. → Καλά οργανωμένο σύστημα έχει χαμηλή εντροπία Οι εξώθερμες αντιδράσεις και αυτές που τα προϊόντα έχουν μεγαλύτερη εντροπία (μεγαλύτερη αταξία) θα συμβούν αυθόρμητα. Οι περισσότερες, όχι όμως όλες, οι εξώθερμες αντιδράσεις είναι αυθόρμητες. Οι ενδόθερμες αντιδράσεις που παράγουν προϊόντα με χαμηλότερη εντροπία δεν θα είναι αυθόρμητες( μη αυθόρμητες). Για να συμβούν, θα χρειαστούν κάποια ενεργειακή ώθηση. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΕΝΤΡΟΠΙΑ 1) θερμοκρασία: η εντροπία αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας διότι αυξάνεται η κινητική ενέργεια των σωματιδίων και συνεπώς ο αριθμός των συγκρούσεων και η εντροπία. 2) Συγκέντρωση: η εντροπία αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού των σωματιδίων και τη συγκέντρωσή τους διότι αυξάνεται ο αριθμός των συγκρούσεων και η αταξία 3) Φυσική κατάσταση των σωματιδίων: τα στερεά έχουν μικρότερη εντροπία από τα υγρά, τα οποία έχουν μικρότερη από τα αέρια, άρα κατά την μετατροπή από στερεά σε υγρή ή από υγρή σε αέρια κατάσταση, η εντροπία αυξάνεται. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης

ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔGo = ΔΗo - ΤΔSo Η ελεύθερη ενέργεια είναι ο τελικός παράγοντας που καθορίζει το αυθόρμητο ή μη μιας αντίδρασης και εκφράζεται σαν: To ΔΗo εκφράζει τη διαφορά της ενθαλπίας μεταξύ προϊόντων και αντιδρώντων, το ΔSo τη διαφορά στην εντροπία μεταξύ προϊόντων και αντιδρώντων και το Τ είναι η θερμοκρασία που λαμβάνει χώρα η αντίδραση. Μια αντίδραση με αρνητική τιμή ΔGο< 0, θα είναι πάντοτε αυθόρμητη. Οι αντιδράσεις με θετική τιμή ΔGο > 0, θα είναι πάντοτε μη αυθόρμητες. ΔGo = ΔΗo - ΤΔSo ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Τμήμα Γεωπονίας Ιχθυολογίας κ Υδάτινου Περιβάλλοντος ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Χρήστος Γ. Αμοργιανιώτης