Chemické děje
14. 7. 2021 2021-08-30 18:11Chemické děje
Chemické děje
Charakteristika
- děj, při kterém vlastní látky zanikají a vznikají látky nové
- nemění se jádra atomů – pouze rozložení elektronů ve valenční vrstvě
- zachován celkový počet elektronů
Zákon zachování hmotnosti a energie.
- zákon zachování hmotnosti: hmotnost VL (výchozích látek, reaktantů) = hmotnosti P (produktů)
- zákon zachování energie: celková energie izolované soustavy se nemění, může se jen přeměnit v energii jinou
Kritéria pro třídění chemických reakcí (porovnání reakcí v anorganické a organické chemii).
chemické reakce
- homogenní: VL a P – stejné skupenství
- heterogenní: VL a P – různá skupenství (např. 2roztoky -> sraženina = pevná l. )
chemické reakce dle vnějších změn při reakci
- skladné: víc VL než P
- rozkladné: víc P než VL
- substituční: Fe + CuSO4 -> Fe SO4 + Cu
- podvojná záměna: 2subtituce
organická chemie
- adice = skladné
- eliminace = rozkladné
- substituce
- přesmyk
dle přenášených částic
- oxidačně-redukční: přenos elektronů, změna oxidačních čísel
- protolytické: přenos protonu H+
- komplexotvorné: přenos skupin atomů, molekul, nebo funkčních skupin
dle tepelné bilance
- exotermní: uvolňuje se teplo
- endotermní: spotřebovává se teplo
dle reakční kinetiky
- izolované: pouze 1 reakce
- simultánní: několik reakcí současně
- vratné – průběh oběma směry
- následné – produkt 1 reakce, výchozí látkou následné reakce
- bočné – výchozí látka se rozpadá za vzniku 2 i více významných produktů (především org. chemie)
dle vazebných změn
- štěpení vazeb (dodám energii)
- homolytické: rovnoměrné štěpení vazby (nepolární molekuly) vznik radikálů
- heterolytické: nesouměrné štěpení vazby (polární molekuly) vznik nukleofilů (-) a elektrofilů (+)
- vznik vazeb (energie se uvolní)
- současné štěpení a vznik vazeb (adice, eliminace, přesmyk…)
dle reagujících částic
- molekulové
- radikálové
- iontové
Způsoby zápisu chemické reakce.
- chemické schéma – nevyčíslené, přerušovaná/škrtnutá šipka
- chemická rovnice – vyčíslená, plná šipka
- reakční podmínky – tlak, teplota, katalyzátory atd. (píšeme nad či pod šipku)
- VL → P
- zvratná reakce
- L = P
- stechiometrické koeficienty: poměry vyjadřují látková množství reagujících složek a poměry počtu molekul reaktantů a produktů
Fáze (skupenství)
- s = pevná látka (solidus)
- l = kapalina (liquidius)
- g = plyn (gas)
- aq = vodný roztok (aquaeus)
Chemická rovnice a její význam.
- chemická rovnice: zápis chemického děje
- charakterizuje VL a P
- stechiometrické koeficienty: počet reagujících molekul
- poměry látkového množství (stechiometrické koeficienty)
- Tepelné zabarvení chemických reakcí – termochemické zákony, reakční teplo, enthalpie a tepelná bilance chemických dějů.
- Termochemie: zabývá se tepelnými změnami při chemických reakcích
- reakční koordináta: diagram vyjadřující energetické změny v průběhu reakce
- termochemické rovnice: reakční teplo, skupenství
- kalorimetr: měření energetických (tepelných) změn soustavy, (tepelné změny teploměrem)
zápis:
- uvádíme skupenství a údaj o teplotě (ZnSO4 (aq) + H2 (g) → Zn (s) + H2SO4 (aq)) ΔH0298 = – 167,23 KJ/mol
- termochemické reakce: udávány v jednotkovém rozsahu (nejnižší poměr stechiometrických koeficientů)
- Q = teplo [J] (starší Cal – calorie)
- (-): exotermická reakce: teplo se vydává (vazebná E > disociační E), (Qm < 0)
- (+): endotermická reakce: teplo se přijímá (vazebná E > disociační E), (Qm > 0)
reakční teplo (reakční enthalpie)
- teplo vyměněné při reakci s okolím
- značím: Qm (H) (KJ/mol)
- teplo za daných podmínek (je-li teplo soustavou přijaté/vydané probíhající v jednotkovém rozsahu a je-li teplota VL a P konstantní)
standardní reakční teplo: enthalpie
- teplo za konstantní teploty (298K) a tlaku (atmosférický), ΔH0298, stálá modifikace (nejstálejší formy látek)
- za konstantního tlaku
- ∆H0298 = entalpie, ∆ – delta/změna
- teplota v Kalvinech, teplo měřené za konstantního tlaku, atmosférický tlak
termochemická rovnice
- rozštěpení vazeb – dodávám energii
- vznik vazeb – energie se uvolní
- 1) – 2) = hodnota entalpie
Termochemické zákony
1.TCHZ
- – Laplace, Lavoisier
- – přímá reakce: ZnSO4 (aq) + H2 (g) → Zn (s) + H2SO4 (aq) ∆H0298 = -167,23KJ
- – zpětná reakce: Zn (s) + H2SO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + H2 (g) ∆H0298 = 167,23KJ
- – Hodnota entalpie přímé a zpětné je stejná, liší se pouze znaménkem.
2.TCHZ
- – Hessův zákon
- – ∆H0298(I) = ∆H0298 (II) + ∆H0298 (III)
- – Reakční hodnota reakčního tepla je závislá pouze na počátečním a konečném stavu, jinak se počítá, jako součet.
Slučovací a spalné teplo.
- počítání standardního reakčního tepla
Standardní spalné teplo
- teplo které se uvolní při spálení 1molu látky
- ∆H0298,sp
- u organických sloučenin
- v tabulkách
- exotermická reakce
- oxidace
- konečné produkty vždy CO2 a H2O
- 1C2H4 + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O
- standardní reakční teplo: součet spalných tepel P/VL násobený jejich stechiometrickými koeficienty
- ΔH0 = Σprod.(ΔH0)sl. – Σreakt.(ΔH0)sl.
Standardní slučovací teplo
- teplo které se uvolní při vzniku 1 molu látky přímo z prvků
- ∆H0298, sluč.
- u anorganických sloučenin
- v tabulkách
- 1Cl2 + 1Zn -> 1ZnCl2
- 1/2H2 + 1/2Cl2 -> 1HCl
- standardní reakční teplo: součet slučovacích tepel P/VL násobený jejich stechiometrickými koeficienty
- ΔH0 = Σreakt. (ΔH0)spal. – Σprod.( ΔH0)spal.
Termochemické výpočty.
- spalování methanu: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O ∆H0298 = – 804 KJ/Mol, exotermická reakce
- kolik tepla se uvolní, jestliže je spáleno 2,5 molu?
1mol …………. – 804KJ
2,5mol ………. x KJ
—————————–
2,5 * – 804 = 1x x = – 2010KJ
- vypočtěte reakční teplo, z hodnot vazebných energií
- CH4 + 4F2 → CF4 + 4HF
- EC-H = 415,47KJ/Mol
- EF-F = 158,99KJ/Mol
- EC-F = 485,34KJ/Mol
- EH-F = 569,02KJ/Mol
∆H0298 = 4*415,47 + 4*158,99 – (4*485,34) – (4*569,02)
2. Termochemický zákon v praxi
C2H4(g) + H2 (g) -> C2H6 (g) ∆H0298 = x
1) C2H4(g) + 3O2 (g) -> 2CO2 (g) + 2H2O (g) ∆H0298 = -1410,9KJ/mol
2) 2C2H6 (g) + 7O2(g) -> 4CO2(g) + 6H2O(g) ∆H0298 = -3119 KJ/mol
3) H2(g) + 1/2O2 (g) -> H2O(g) ∆H0298 = -285,9KJ/mol
C2H4 i H2 jsou v původní rovnici výchozí látky a protože jsou výchozí látky i v mezi reakcích nic s nimi neděláme.
Ale C2H6 je v původní reakci produkt a nyní je VL a tak reakci otočíme, tudíž teplo bude kladné, ale stále je 2xvětší než v původní reakci a tak rovnici vydělíme 2 a tudíž i teplo.
Dále už jen sečteme tepla. Můžeme pro kontrolu sečíst i všechny VL a P a měla by nám vyjít původní rovnice vše se totiž zkrátí.
=> ∆H0298 = -1410,9 + 3119/2 + (- 285,9) = -137,3 KJ/mol