כל תגובה כימית מלווה בשחרור או ספיגה של אנרגיה בצורה של חום.
על בסיס שחרור או ספיגת חום, הם מבחינים אקסותרמיו אנדותרמיתגובות.
אקסותרמיתגובות - תגובות כאלה שבמהלכן משתחרר חום (+ Q).
תגובות אנדותרמיות - תגובות שבמהלכן נספג חום (-Q).
ההשפעה התרמית של התגובה (ש) היא כמות החום המשתחררת או נספגת במהלך האינטראקציה של כמות מסוימת של ריאגנטים ראשוניים.
משוואה תרמוכימית היא משוואה שבה מצוין השפעת החום של תגובה כימית. לדוגמה, משוואות תרמוכימיות הן:
כמו כן, יש לציין שמשוואות תרמוכימיות חייבות לכלול בהכרח מידע על המצבים המצטברים של מגיבים ומוצרים, שכן ערך האפקט התרמי תלוי בכך.
חישובי חום תגובה
דוגמה לבעיה אופיינית למציאת השפעת החום של תגובה:
בעת אינטראקציה של 45 גרם גלוקוז עם עודף חמצן בהתאם למשוואה
C 6 H 12 O 6 (מוצק) + 6O 2 (g) \u003d 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
700 קילו ג'יי של חום שוחררו. קבע את ההשפעה התרמית של התגובה. (רשום את המספר למספר השלם הקרוב ביותר).
פִּתָרוֹן:
חשב את כמות החומר הגלוקוז:
n (C 6 H 12 O 6) \u003d m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) \u003d 45 גרם / 180 גרם / מול \u003d 0.25 מול
הָהֵן. האינטראקציה של 0.25 מול גלוקוז עם חמצן משחררת חום של 700 קילו-ג'יי. מהמשוואה התרמוכימית המוצגת בתנאי, עולה שכאשר 1 מול גלוקוז מקיים אינטראקציה עם חמצן, נוצרת כמות חום השווה ל-Q (חום התגובה). אז הפרופורציה הבאה נכונה:
0.25 מול גלוקוז - 700 קילו-ג'יי
1 מול גלוקוז - Q
מפרופורציה זו יוצאת המשוואה המתאימה:
0.25 / 1 = 700 / Q
כשפותרים איזה, אנו מוצאים כי:
לפיכך, ההשפעה התרמית של התגובה היא 2800 קילו-ג'יי.
חישובים לפי משוואות תרמוכימיות
לעתים קרובות הרבה יותר, במקצות USE בתרמוכימיה, הערך של האפקט התרמי כבר ידוע, מכיוון. המשוואה התרמוכימית השלמה ניתנת בתנאי.
במקרה זה, נדרש לחשב את כמות החום המשתחררת/נספג עם כמות ידועה של המגיב או המוצר, או להיפך, נדרש לקבוע את המסה, הנפח או הכמות של החומר של כל אדם המעורב התגובה מהערך הידוע של החום.
דוגמה 1
בהתאם למשוואת התגובה התרמוכימית
3Fe 3 O 4 (מוצק) + 8Al (מוצק) \u003d 9Fe (מוצק) + 4Al 2 O 3 (מוצק) + 3330 קילו-ג'יי
יצרו 68 גרם של תחמוצת אלומיניום. כמה חום משתחרר במקרה זה? (רשום את המספר למספר השלם הקרוב ביותר).
פִּתָרוֹן
חשב את כמות חומר תחמוצת אלומיניום:
n (Al 2 O 3) \u003d m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) \u003d 68 גרם / 102 גרם / מול \u003d 0.667 מול
בהתאם למשוואה התרמוכימית של התגובה, 3330 קילו-ג'יי משתחררים במהלך היווצרות 4 מול תחמוצת אלומיניום. במקרה שלנו נוצר 0.6667 מול תחמוצת אלומיניום. מציין את כמות החום המשתחררת במקרה זה, דרך x kJ נרכיב את הפרופורציה:
4 מול Al 2 O 3 - 3330 קילו-ג'יי
0.667 מול Al 2 O 3 - x kJ
פרופורציה זו תואמת את המשוואה:
4 / 0.6667 = 3330 / x
אם נפתור איזה, נמצא ש-x = 555 קילו-ג'יי
הָהֵן. ביצירת 68 גרם של תחמוצת אלומיניום, בהתאם למשוואה התרמוכימית, משתחרר 555 קילו-ג'יי חום בתנאי.
דוגמה 2
כתוצאה מהתגובה, המשוואה התרמוכימית שלה
4FeS 2 (מוצק) + 11O 2 (g) \u003d 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (מוצק) + 3310 קילו-ג'יי
1655 קילו-ג'יי של חום שוחררו. קבע את נפח (l) של דו תחמוצת הגופרית המשתחררת (n.o.s.). (רשום את המספר למספר השלם הקרוב ביותר).
פִּתָרוֹן
בהתאם למשוואת התגובה התרמוכימית, היווצרות 8 מול של SO 2 משחררת חום של 3310 קילו-ג'יי. במקרה שלנו, השתחרר חום של 1655 קילו-ג'יי. תן לכמות החומר SO 2 שנוצרה במקרה זה להיות שווה ל- x מול. אז הפרופורציה הבאה תקפה:
8 מול SO 2 - 3310 קילו-ג'יי
x mol SO 2 - 1655 קילו-ג'יי
ממנה באה המשוואה:
8 / x = 3310 / 1655
כשפותרים איזה, אנו מוצאים כי:
לפיכך, כמות החומר SO 2 שנוצרה במקרה זה היא 4 מול. לכן, הנפח שלו הוא:
V (SO 2) \u003d V m ∙ n (SO 2) \u003d 22.4 l / mol ∙ 4 mol \u003d 89.6 l ≈ 90 l(לעגל כלפי מעלה למספרים שלמים, כי זה נדרש בתנאי.)
ניתן למצוא בעיות מנותחות יותר על ההשפעה התרמית של תגובה כימית.
השפעה תרמית של תגובה כימית
כאשר מתרחשת תגובה כימית, הקשרים הכימיים במולקולות מסודרים מחדש, מתרחש המעבר ממצב צבירה אחד למשנהו וכו'. כל זה מוביל לשינוי באנרגיה הפנימית של המערכת. במקרה זה, המערכת יכולה לבצע עבודה ולהחליף אנרגיה עם הסביבה. מכיוון שניתן להפחית את כל סוגי האנרגיה לכמות שווה של חום, בתרמודינמיקה כימית מדברים על השפעת החום של תגובה כימית.
השפעה תרמית של תגובה כימית- כמות החום המשתחררת או נספגת במהלך התגובה בתנאים הבאים:
התהליך ממשיך באופן בלתי הפיך בנפח או לחץ קבועים;
לא מתבצעת עבודה במערכת מלבד עבודת ההרחבה;
לתוצרי התגובה יש אותה טמפרטורה כמו חומרי המוצא.
על פי החוק הראשון של התרמודינמיקה, ההשפעה התרמית של התגובה היא: D ש=ד U + p×ד v.מכיוון שחום אינו פונקציה של מצב, גודל השפעת החום של תגובה כימית תלויה בתנאים ליישום (נתיב) התהליך. קיימת השפעה תרמית של תגובה כימית המתבצעת בתנאים איזוכורים (D Q V=ד U V) ובאיזוברית (D Qp=ד למעלה + p×ד V=ד ח).
ברור שד Qp-ד Q V=p×ד V. עבור תגובות המתרחשות בשלב המעובה (נוזלים, מוצקים), D V»0, אד Qp»ד Q V.
לרוב, תגובות כימיות מבוצעות בלחץ קבוע, לכן, בעת ביצוע חישובים תרמודינמיים, בדרך כלל משתמשים בהשפעה התרמית בלחץ קבוע D Q p.במקרה זה, זה מתאים לשינוי באנתלפיה של המערכת במהלך תגובה D Qp=ד ר נ(אינדקס רמצביע על שינוי בפונקציה תרמודינמית, במקרה זה אנטלפיה, במהלך תגובה כימית).
תגובות המשחררות חום לסביבה נקראות אקסותרמי, ותגובות המתמשכות עם ספיגת החום מ סביבה, – אנדותרמי. מכיוון שההשפעה התרמית של התגובה תואמת לשינוי באנתלפיה של המערכת, ברור שעבור תהליכים אקסותרמיים D ר נ<0, а для эндотермических Dר נ>0.
מכיוון שלתגובות כימיות המתרחשות בתנאים איזובריים או איזוחוריים, החום מקבל את התכונות פונקציות המדינה, אז ניתן לטעון כי ההשפעה התרמית של התגובה תלויה רק בסוג ובמצב של החומרים ההתחלתיים והתוצרים הסופיים ואינה תלויה בנתיב ההמרה של חומרים מסוימים לאחרים (שלבי ביניים). ניתן לראות בהצהרה זו יישום של החוק הראשון של התרמודינמיקה על תגובות כימיות. זה נקרא חוק הסוהוא החוק הבסיסי של התרמוכימיה.
G.I. הס (האקדמיה למדעים של סנט פטרסבורג) קבעה בניסוי כי "אם ניתן להשיג כמה חומרים אחרים מחומרים ראשוניים בכמה דרכים, אזי הכמות הכוללת של החום המשתחררת במהלך היווצרותם של חומרים אלה תהיה תמיד זהה, ללא קשר ל- שיטת הייצור".
דוגמא.שקול את התגובה של אינטראקציה של שומה אחת של פחמן (גרפיט) וחמצן עם היווצרות של פחמן דו חמצני בטמפרטורה ט=298 K.
תהליך זה יכול להיעשות בשתי דרכים:
1) C (גרפיט) + O 2 = CO 2; ד ר נ 1 = -393.51 קילו-ג'יי;
2) C(גרפיט) + 0.5O 2 = CO; ד ר נ 2 = -110.53 קילו-ג'יי;
CO + 0.5O 2 \u003d CO 2; ד ר נ 3 = -282.98 קילו-ג'יי.
אורז. 5-3 תרשים של השינוי באנתלפיה של המערכת כאשר שומה אחת של פחמן מגיבה עם חמצן ליצירת פחמן דו חמצני
תרשים השינוי באנטלפיה של המערכת מוצג באיור 5.3. זה מראה שד ר נ 1=ד ר נ 2 + ד ר נ 3 . אם ההשפעה התרמית של אחת התגובות אינה ידועה, ניתן לחשב אותה, לדעת את השאר. לדוגמה, אם ד ר נ 1 ו-D ר נ 3, ואז ד ר נ 2=ד ר נ 1-D ר נ 3 .
לפיכך, באמצעות חוק הס, ניתן לחשב את ההשפעות התרמיות של תגובות כימיות במקרים בהם קביעתן הניסויית בלתי אפשרית או קשה. יתרה מכך, בהתבסס על הנתונים הניסויים הזמינים עבור מספר קטן יחסית של תגובות כימיות, ניתן לבצע חישובים תרמודינמיים של תהליכים בפועל והיפותטיים כאחד.
ההשפעה התרמית של התגובה לוקחת בחשבון בדרך כלל את המעבר של מספר מסוים של מולים של החומר המוצא למספר מסוים של מולים של החומר הסופי, על פי משוואת התגובה. במקרה זה, הערך המספרי של האפקט התרמי מתייחס למשוואה של תגובה כימית מסוימת והממד שלה הוא [kJ]. המשוואה לתגובה כימית הכוללת את ההשפעה התרמית שלה נקראת משוואה תרמוכימית.
לעתים קרובות ההשפעה התרמית של תגובה מיוחסת להפיכת שומה אחת של חומר. המקדם הסטוכיומטרי במשוואת התגובה עבור חומר נתון שווה לאחד, והמקדמים עבור חומרים אחרים יכולים להיות מספר שלם או שבר. במקרה זה, מימד האפקט התרמי הוא [kJ/mol]. מקובל שההשפעות התרמיות של תגובות היווצרות של שומה אחת של חומר מסומנות ב-D ו נ, וההשפעות התרמיות של תגובות בעירה של שומה אחת של חומר - D ג נ.
מבוא
השפעות תרמיות של תגובות כימיות נחוצות עבור חישובים טכניים רבים. הם מוצאים יישום רחב בתעשיות רבות כמו גם בפיתוחים צבאיים.
מטרת עבודת הקורס היא ללמוד את היישום המעשי של האפקט התרמי. נשקול כמה אפשרויות לשימוש בו, ונגלה עד כמה חשוב להשתמש בהשפעות התרמיות של תגובות כימיות בהקשר של פיתוח טכנולוגיות מודרניות.
השפעה תרמית של תגובה כימית
בכל חומר מאוחסנת כמות מסוימת של אנרגיה. תכונה זו של חומרים אנו פוגשים כבר בארוחת הבוקר, הצהריים או הערב, שכן מוצרי מזון מאפשרים לגופנו להשתמש באנרגיה של מגוון רחב של תרכובות כימיות הכלולות במזון. בגוף אנרגיה זו מומרת לתנועה, עבודה ומשמשת לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה (ודי גבוהה!).
אחד המדענים המפורסמים ביותר הפועלים בתחום התרמוכימיה הוא ברתלוט. ברתלוט הוא פרופסור לכימיה בבית הספר הגבוה לתרופות בפריז (1859). שר החינוך והחוץ.
החל משנת 1865 עסק ברתלוט באופן פעיל בתרמוכימיה, ערך מחקרים קלורימטריים נרחבים, שהובילו, במיוחד, להמצאת "הפצצה הקלורימטרית" (1881); הוא הבעלים של הרעיון של תגובות "אקזותרמיות" ו"אנדותרמיות". ברתלוט השיג נתונים נרחבים על ההשפעות התרמיות של מספר עצום של תגובות, על חום הפירוק והיווצרות של חומרים רבים.
ברתלות חקרה את פעולת חומרי הנפץ: טמפרטורת הפיצוץ, קצב הבעירה והתפשטות גל הפיצוץ וכו'.
האנרגיה של תרכובות כימיות מרוכזת בעיקר בקשרים כימיים. צריך אנרגיה כדי לשבור את הקשר בין שני אטומים. כאשר נוצר קשר כימי, משתחררת אנרגיה.
כל תגובה כימית מורכבת משבירת קשרים כימיים מסוימים ויצירת אחרים.
כאשר כתוצאה מתגובה כימית במהלך יצירת קשרים חדשים משתחררת יותר אנרגיה ממה שנדרש להרוס את הקשרים ה"ישנים" בחומרים המקוריים, אזי האנרגיה העודפת משתחררת בצורת חום. תגובות בעירה הן דוגמה. לדוגמה, גז טבעי (מתאן CH4) נשרף בחמצן אטמוספרי עם שחרור כמות גדולה של חום (איור 1א). תגובות כאלה הן אקסותרמיות.
תגובות המתמשכות עם שחרור חום מפגינות השפעה תרמית חיובית (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
במקרים אחרים, הרס של קשרים בחומרים ההתחלתיים דורש יותר אנרגיה ממה שניתן להשתחרר במהלך היווצרות קשרים חדשים. תגובות כאלה מתרחשות רק כאשר אנרגיה מסופקת מבחוץ והן נקראות אנדותרמיות.
תגובות הנלוות לקליטת חום מהסביבה (ש<0, DH>0), כלומר עם השפעה תרמית שלילית, הם אנדותרמיים.
דוגמה לכך היא יצירת פחמן חד חמצני (II) CO ומימן H2 מפחם ומים, המתרחשת רק עם חימום (איור 1ב).
אורז. 1א, ב. תיאור של תגובות כימיות באמצעות מודלים מולקולריים: א) תגובה אקסותרמית, ב) תגובה אנדותרמית. מודלים מראים בבירור כיצד, עם מספר קבוע של אטומים, קשרים כימיים ישנים ביניהם נהרסים וקשרים כימיים חדשים.
לפיכך, כל תגובה כימית מלווה בשחרור או בספיגה של אנרגיה. לרוב, אנרגיה משתחררת או נספגת בצורה של חום (לעתים קרובות יותר, בצורה של אור או אנרגיה מכנית). ניתן למדוד את החום הזה. תוצאת המדידה מבוטאת בקילו ג'אול (kJ) עבור שומה אחת של המגיב או (לעיתים רחוקות יותר) עבור שומה של תוצר התגובה. כמות זו נקראת חום התגובה.
אפקט תרמי - כמות החום המשתחררת או נספגת על ידי מערכת כימית במהלך תגובה כימית המתרחשת בה.
האפקט התרמי מסומן על ידי הסמלים Q או DH (Q = -DH). ערכו מתאים להבדל בין האנרגיות של המצב ההתחלתי והסופי של התגובה:
DH = Hend - Low = Econ.- Eout.
אייקונים (ד), (ז) מציינים את המצב הגזי והנוזלי של חומרים. יש גם כינויים (tv) או (k) - חומר מוצק, גבישי, (aq) - חומר מומס במים וכו'.
ייעוד מצב הצבירה של חומר חשוב. לדוגמה, בתגובה של שריפת מימן, מים נוצרים בתחילה בצורה של קיטור (מצב גזי), שבמהלך עיבוים ניתן להשתחרר עוד קצת אנרגיה. לכן, עבור היווצרות מים בצורה של נוזל, ההשפעה התרמית הנמדדת של התגובה תהיה גדולה יותר מאשר עבור היווצרות של אדים בלבד, שכן חלק נוסף של חום ישתחרר במהלך עיבוי הקיטור.
נעשה שימוש גם במקרה מיוחד של ההשפעה התרמית של התגובה - חום הבעירה. מהשם עצמו ברור שחום הבעירה משמש לאפיון החומר המשמש כדלק. חום הבעירה מתייחס למול 1 של חומר שהוא דלק (חומר מפחית בתגובת חמצון), למשל:
|
אֲצֵיטִילֵן |
ערך קלורי של אצטילן |
ניתן לשרטט את האנרגיה (E) המאוחסנת במולקולות בסולם אנרגיה. במקרה זה, ניתן להציג את ההשפעה התרמית של התגובה ( E) בצורה גרפית (איור 2).
אורז. 2. ייצוג גרפי של האפקט התרמי (Q = E): א) תגובה אקסותרמית של שריפת מימן; ב) תגובה אנדותרמית של פירוק מים בהשפעת זרם חשמלי. קואורדינטת התגובה (הציר האופקי של הגרף) יכולה להיחשב למשל כמידת ההמרה של חומרים (100% - המרה מלאה של חומרי המוצא).
משוואות תגובה כימית
משוואות התגובות הכימיות, שבהן, יחד עם המגיבים והתוצרים, נכתבת גם ההשפעה התרמית של התגובה, נקראות משוואות תרמוכימיות.
מאפיין של משוואות תרמוכימיות הוא שכאשר עובדים איתן, ניתן להעביר את נוסחאות החומרים ואת גודל ההשפעות התרמיות מחלק אחד של המשוואה לאחר. ככלל, אי אפשר לעשות זאת עם המשוואות הרגילות של תגובות כימיות.
מותר גם להוסיף וחיסור של משוואות תרמוכימיות. זה עשוי להיות נחוץ כדי לקבוע את ההשפעות התרמיות של תגובות שקשה או בלתי אפשרי למדוד בניסוי.
בואו ניקח דוגמה. במעבדה, קשה מאוד לבצע "בצורה טהורה" את התגובה של קבלת מתאן CH4 בשילוב ישיר של פחמן עם מימן:
C + 2H 2 = CH 4
אבל אתה יכול ללמוד הרבה על תגובה זו בעזרת חישובים. לדוגמא, בררו האם תגובה זו תהיה אקסותרמית או אנדותרמית, ואפילו תכמת את גודל ההשפעה התרמית.
ההשפעות התרמיות של תגובות הבעירה של מתאן, פחמן ומימן ידועות (תגובות אלו קלות):
א) CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (l) + 890 kJ
ב) C (tv) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 394 קילו-ג'יי
ג) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (l) + 572 kJ
הפחת את שתי המשוואות האחרונות (ב) ו-(ג) מהמשוואה (א). החלקים השמאליים של המשוואות יופחתו משמאל, מימין - מימין. במקרה זה, כל מולקולות O 2, CO 2 ו- H 2 O יופחתו. נקבל:
CH 4 (g) - C (טלוויזיה) - 2H 2 (g) \u003d (890 - 394 - 572) kJ \u003d -76 kJ
המשוואה הזו נראית קצת יוצאת דופן. הכפל את שני הצדדים של המשוואה ב-(-1) והזיז את CH 4 לצד ימין עם הסימן ההפוך. נקבל את המשוואה הדרושה לנו ליצירת מתאן מפחם ומימן:
C (tv) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 קילו-ג'יי/מול
אז, החישובים שלנו הראו שההשפעה התרמית של היווצרות מתאן מפחמן ומימן היא 76 קילו-ג'יי (למול של מתאן), ותהליך זה חייב להיות אקסותרמי (תשתחרר אנרגיה בתגובה זו).
חשוב לשים לב לעובדה שניתן להוסיף, לגרוע ולהפחית מונח אחר איבר רק חומרים הנמצאים באותם מצבי צבירה במשוואות תרמוכימיות, אחרת נטעה בקביעת ההשפעה התרמית לפי חום המעבר מ. מצב מצטבר אחד למשנהו.
חוקי היסוד של התרמוכימיה
הענף בכימיה החוקר את הפיכת האנרגיה בתגובות כימיות נקרא תרמוכימיה.
ישנם שני חוקים חשובים ביותר של התרמוכימיה. הראשון שבהם, חוק Lavoisier–Laplace, מנוסח כך:
ההשפעה התרמית של התגובה הקדמית תמיד שווה להשפעה התרמית של התגובה ההפוכה עם הסימן ההפוך.
המשמעות היא שבמהלך היווצרותה של כל תרכובת משתחררת (נספגת) אותה כמות אנרגיה כפי שנספגת (משתחררת) במהלך ריקבונה לחומרים המקוריים. לדוגמה:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 572 kJ (שריפת מימן בחמצן)
2 H 2 O (l) + 572 kJ \u003d 2H 2 (g) + O 2 (g) (פירוק מים באמצעות זרם חשמלי)
חוק Lavoisier-Laplace הוא תוצאה של חוק שימור האנרגיה.
החוק השני של התרמוכימיה נוסח בשנת 1840 על ידי האקדמאי הרוסי G.I. Hess:
ההשפעה התרמית של התגובה תלויה רק במצב הראשוני והסופי של החומרים ואינה תלויה בשלבי הביניים של התהליך.
המשמעות היא שההשפעה התרמית הכוללת של סדרה של תגובות עוקבות תהיה זהה לזה של כל סדרת תגובות אחרת, אם בתחילת ובסוף סדרות אלו אותם חומרים ראשוניים וסופיים. שני חוקי היסוד הללו של התרמוכימיה נותנים למשוואות תרמוכימיות דמיון מסוים לאלו המתמטיות, כאשר במשוואות התגובה ניתן להעביר מונחים מחלק אחד למשנהו, להוסיף, לגרוע ולקצר נוסחאות של תרכובות כימיות מונח אחר מונח. במקרה זה, יש צורך לקחת בחשבון את המקדמים במשוואות התגובה ואל תשכח שהמולות הנוספות, החסרות או המופחתות של החומר חייבות להיות באותו מצב צבירה.
יישום האפקט התרמי בפועל
השפעות תרמיות של תגובות כימיות נחוצות עבור חישובים טכניים רבים. לדוגמה, קחו בחשבון את רקטת אנרג'יה החזקה של רוסיה, המסוגלת לשגר חלליות ומטענים אחרים למסלול. המנועים של אחד משלביו פועלים על גזים נוזליים - מימן וחמצן.
נניח שאנו מכירים את העבודה (ב-kJ) שתצטרך להשקיע כדי להעביר רקטה עם עומס משטח כדור הארץ למסלול, אנו גם יודעים את העבודה להתגבר על התנגדות אוויר ועלויות אנרגיה אחרות במהלך הטיסה. כיצד לחשב את האספקה הנדרשת של מימן וחמצן, אשר (במצב נוזלי) משמשים ברקטה זו כדלק ומחמצן?
ללא עזרת ההשפעה התרמית של התגובה של היווצרות מים ממימן וחמצן, קשה לעשות זאת. אחרי הכל, האפקט התרמי הוא עצם האנרגיה שאמורה להכניס את הרקטה למסלול. בתאי הבעירה של הרקטה מומר חום זה לאנרגיה קינטית של מולקולות גז חם (קיטור), הבורחת מהחרירים ויוצרת דחף סילון.
בתעשייה הכימית יש צורך בהשפעות תרמיות כדי לחשב את כמות החום לחום כורים שבהם מתרחשות תגובות אנדותרמיות. במגזר האנרגיה, באמצעות חום הבעירה של הדלק, מחושב ייצור האנרגיה התרמית.
דיאטנים משתמשים בהשפעות התרמיות של חמצון המזון בגוף כדי לגבש תזונה נכונה לא רק לחולים, אלא גם לאנשים בריאים - ספורטאים, עובדים במקצועות שונים. באופן מסורתי, לחישובים, לא משתמשים כאן בג'אול, אלא ביחידות אנרגיה אחרות - קלוריות (1 cal = 4.1868 J). תכולת האנרגיה של מזון מתייחסת למסה כלשהי של מוצרי מזון: ל-1 גרם, ל-100 גרם, או אפילו לאריזה הסטנדרטית של המוצר. לדוגמה, על התווית של צנצנת חלב מרוכז, אתה יכול לקרוא את הכיתוב הבא: "תכולת קלוריות 320 קק"ל / 100 גרם.
ההשפעה התרמית מחושבת עם קבלת מונומתיל-אנילין, השייכת לקבוצת אמינים ארומטיים מוחלפים. תחום היישום העיקרי של monomethylaniline הוא תוסף נגד דפיקות לבנזין. ניתן להשתמש במונומתילאנילין בייצור צבעים. מונו-מתיל-אנילין סחורה (N-methylaniline) מופרד מהקטליזט על ידי זיקוק תקופתי או מתמשך. השפעה תרמית של התגובה ∆Н= -14±5 kJ/mol.
ציפויים עמידים בחום
פיתוח טכנולוגיית טמפרטורה גבוהה מחייב יצירת חומרים עמידים במיוחד בחום. ניתן לפתור בעיה זו על ידי שימוש במתכות עקשניות ועמידות בחום. ציפויים בין-מתכתיים מושכים יותר ויותר תשומת לב מכיוון שיש להם תכונות יקרות רבות: עמידות בפני חמצון, התכה אגרסיבית, עמידות בחום וכו'. מעניינת גם האקסותרמיות המשמעותית של היווצרות התרכובות הללו מהיסודות המרכיבים אותן. ישנן שתי דרכים להשתמש באקסותרמיות של התגובה ליצירת תרכובות בין-מתכתיות. הראשון הוא ייצור של אבקות מרוכבות דו-שכבתיות. בחימום, מרכיבי האבקה מקיימים אינטראקציה, וחום התגובה האקזותרמית מפצה על קירור החלקיקים המגיעים למשטח המוגן במצב מותך לחלוטין ויוצרים ציפוי בעל נקבוביות נמוכה המודבק היטב לבסיס. אפשרות נוספת תהיה ליישם תערובת מכנית של אבקות. עם חימום מספיק של החלקיקים, הם מקיימים אינטראקציה כבר בשכבת הציפוי. אם עוצמת האפקט התרמית משמעותית, אזי הדבר עלול להוביל להתכה עצמית של שכבת הציפוי, להיווצרות שכבת דיפוזיה ביניים המגבירה את חוזק ההידבקות ולהיווצרות מבנה ציפוי צפוף ונמוך נקבוביות. בעת בחירת הרכב היוצר ציפוי בין-מתכתי בעל אפקט תרמי גדול ובעל איכויות רבות וחשובות - עמידות בפני קורוזיה, עמידות מספקת בחום ועמידות בפני שחיקה, ניקל אלומינידים, בפרט NiAl ו- Ni 3 Al, מושכים תשומת לב. היווצרות NiAl מלווה באפקט התרמי המרבי.
שיטה תרמוכימית לעיבוד יהלומים
השיטה ה"תרמוכימית" קיבלה את שמה בשל העובדה שהיא מתקדמת בטמפרטורות גבוהות, והיא מבוססת על שימוש בתכונות הכימיות של היהלום. השיטה מתבצעת כך: מביאים את היהלום למגע עם מתכת המסוגלת להמיס פחמן בעצמה, וכדי שתהליך הפירוק או העיבוד יתנהל באופן רציף, הוא מתבצע באווירת גז המקיימת אינטראקציה עם פחמן מומס. במתכת, אך אינו מגיב ישירות עם יהלום. בתהליך, גודל האפקט התרמי מקבל ערך גבוה.
כדי לקבוע את התנאים האופטימליים לעיבוד תרמוכימי של יהלום ולזהות את האפשרויות של השיטה, היה צורך לחקור את המנגנונים של תהליכים כימיים מסוימים, שכפי שהראה ניתוח הספרות, לא נחקרו כלל. מחקר ספציפי יותר של העיבוד התרמוכימי של יהלום נבלם, קודם כל, על ידי לא ידע מספיק על תכונות היהלום עצמו. הם פחדו לקלקל אותו בחום. מחקרים על היציבות התרמית של יהלום בוצעו רק בעשורים האחרונים. נקבע כי יהלומים שאינם מכילים תכלילים באטמוספירה ניטרלית או בוואקום ניתנים לחימום ללא כל פגיעה בהם עד 1850 "C", ורק גבוה יותר.
יהלום הוא חומר הלהב הטוב ביותר בשל קשיותו הייחודית, חוסנו וחיכוך נמוך נגד רקמות ביולוגיות. הפעלה עם סכיני יהלום מקלה על הפעולות, מפחיתה את זמן הריפוי של החתכים פי 2-3. לדברי המיקרו-כירורגים של המרכז המדעי והטכני של מוסקבה למיקרוכירורגיה של עיניים, סכינים מושחזים בשיטה התרמוכימית אינם רק לא נחותים, אלא גם עדיפים באיכותם מהדגימות הזרות הטובות ביותר. סכינים מושחזות תרמוכימית כבר ביצעו אלפי פעולות. ניתן להשתמש בסכיני יהלום בתצורות ובגדלים שונים בתחומים אחרים של רפואה וביולוגיה. אז, לייצור תכשירים במיקרוסקופ אלקטרוני, משתמשים במיקרוטומים. הרזולוציה הגבוהה של מיקרוסקופ האלקטרונים מטילה דרישות מיוחדות לעובי ואיכות קטע הדגימות. מיקרוטומי יהלום, מושחזים בשיטה תרמוכימית, מאפשרים לך ליצור קטעים באיכות הרצויה.
חומרי גלם טכנוגניים לייצור מלט
התעצמות נוספת של ייצור המלט כרוכה בהחדרה נרחבת של טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה ובמשאבים תוך שימוש בפסולת מתעשיות שונות.
במהלך עיבוד עפרות skarn-magnetite, משתחררים זנבות של הפרדה מגנטית יבשה (SMS), שהם חומר דמוי אבן כתוש בגודל גרגר של עד 25 מ"מ. לזנב של CMC יש הרכב כימי יציב למדי, משקל:
SiO2 40…45,
Al 2 O 3 10…12,
Fe 2 O 3 15…17,
CaO 12…13,
MgO 5…6,
הוכחה האפשרות להשתמש בזנב CMC בייצור של קלינקר צמנט פורטלנד. המלט המתקבל מאופיינים בתכונות חוזק גבוהות.
ההשפעה התרמית של היווצרות קלינקר (TEC) מוגדרת כסכום האלגברי של החום של תהליכים אנדותרמיים (דה-קרבוניזציה של אבן גיר, התייבשות של מינרלים חרסית, היווצרות פאזה נוזלית) ותגובות אקסותרמיות (חמצון פיריט המוכנס על ידי זנב CMC, היווצרות של שלבי קלינקר).
היתרונות העיקריים של שימוש בפסולת העשרת עפרות skarn-magnetite בייצור מלט הם:
הרחבת בסיס חומרי הגלם על חשבון מקור טכנוגני;
חיסכון בחומרי גלם טבעיים תוך שמירה על איכות המלט;
הפחתת עלויות דלק ואנרגיה עבור ירי קלינקר;
אפשרות לייצור של קלינקרים פעילים בעלי אנרגיה נמוכה-בסיסית;
פתרון בעיות סביבתיות באמצעות סילוק פסולת רציונלי והפחתת פליטת גזים לאטמוספירה במהלך ירי קלינקר.
חיישנים ביולוגיים
חיישנים ביולוגיים הם חיישנים המבוססים על אנזימים משוקעים. מאפשר לך לנתח במהירות וביעילות תערובות מורכבות מרובות רכיבים של חומרים. כיום, הם נמצאים בשימוש יותר ויותר במספר ענפי מדע, תעשייה, חקלאות ושירותי בריאות. ההישגים האחרונים בתחום האנזיולוגיה והאנזימולוגיה הנדסית שימשו בסיס ליצירת מערכות אוטומטיות לניתוח אנזימטי. האיכויות הייחודיות של אנזימים - סגוליות פעולה ופעילות קטליטית גבוהה - תורמות לפשטות ולרגישות הגבוהה של שיטה אנליטית זו, ומספר רב של אנזימים ידועים ונחקרים עד היום מאפשרים לנו להרחיב כל העת את רשימת החומרים המנותחים.
חיישנים מיקרוקלומטריים אנזימטיים - משתמשים באפקט התרמי של תגובה אנזימטית. הוא מורכב משני עמודים (מדידה ובקרה) מלאים בנשא עם אנזים מקובע ומצויד בתרמיסטורים. כאשר הדגימה המנותחת מועברת דרך עמודת המדידה, מתרחשת תגובה כימית, המלווה באפקט תרמי מתועד. סוג זה של חיישן מעניין בשל הרבגוניות שלו.
סיכום
אז, לאחר ניתוח היישום המעשי של ההשפעה התרמית של תגובות כימיות, אנו יכולים להסיק כי ההשפעה התרמית קשורה קשר הדוק לחיי היומיום שלנו, היא נתונה למחקר מתמיד ומוצאת יישומים חדשים בפועל.
עם התפתחות הטכנולוגיות המודרניות, האפקט החם מצא את יישומו בתעשיות שונות. תעשיות כימיות, צבאיות, בנייה, מזון, כרייה ועוד רבות אחרות משתמשות באפקט התרמי בפיתוחיהן. הוא משמש במנועי בעירה פנימית, בקירור ובמכשירי בעירה שונים, וכן בייצור של מכשירים כירורגיים, ציפויים עמידים בחום, סוגים חדשים של חומרי בניין וכדומה.
בתנאים מודרניים של מדע מתפתח ללא הרף, אנו רואים את הופעתם של עוד ועוד פיתוחים ותגליות חדשות בתחום הייצור. זה כרוך יותר ויותר תחומי יישום חדשים של ההשפעה התרמית של תגובות כימיות.
צ'רנייך א.א.
בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה
Musabekov Yu. S., Marselin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.
פטנט 852586 הפדרציה הרוסית. MKI V 28 D 5/00. שיטת העיבוד הממדים של יהלום /A.P.Grigoriev, S.Kh.Lifshits, P.P.Shamaev (הפדרציה הרוסית). - 2 שניות.
7. חשב את ההשפעה התרמית של התגובה בתנאים סטנדרטיים: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), אם חום ההיווצרות: Fe 2 O 3 (t) \u003d - 821.3 kJ / mol; CO (g) = – 110.5 קילו-ג'יי/מול;
CO 2 (g) \u003d - 393.5 קילו ג'יי / מול.
Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),
הכרת ההשפעות התרמיות הסטנדרטיות של בעירה של החומרים ותוצרי התגובה הראשוניים, אנו מחשבים את ההשפעה התרמית של התגובה בתנאים סטנדרטיים:
16. תלות של קצב תגובה כימית בטמפרטורה. הכלל של ואן הוף. מקדם טמפרטורה של תגובה.
רק התנגשויות בין מולקולות פעילות מובילות לתגובות, שהאנרגיה הממוצעת שלהן עולה על האנרגיה הממוצעת של המשתתפים בתגובה.
כאשר אנרגיית הפעלה מסוימת E מועברת למולקולות (עודף אנרגיה מעל הממוצע), האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציה של אטומים במולקולות פוחתת, קשרים בתוך מולקולות נחלשים, מולקולות הופכות לתגובתיות.
אנרגיית ההפעלה לא בהכרח מסופקת מבחוץ; ניתן להקנות אותה לחלק מהמולקולות על ידי חלוקה מחדש של האנרגיה במהלך ההתנגשויות שלהן. לפי בולצמן, בין N מולקולות יש את המספר הבא של מולקולות פעילות N עם אנרגיה מוגברת: :
N N e – E / RT
כאשר E היא אנרגיית ההפעלה, המראה את עודף האנרגיה ההכרחי בהשוואה לרמה הממוצעת שצריכה להיות למולקולות כדי שהתגובה תתאפשר; שאר הכינויים ידועים.
במהלך הפעלה תרמית עבור שתי טמפרטורות T 1 ו- T 2 היחס בין קבועי הקצב יהיה:
, (2)
, (3)
מה שמאפשר לקבוע את אנרגיית ההפעלה על ידי מדידת קצב התגובה בשתי טמפרטורות שונות T 1 ו- T 2 .
עלייה בטמפרטורה ב-10 0 מגדילה את קצב התגובה פי 2-4 (חוק ואן'ט הוף משוער). המספר המראה כמה פעמים קצב התגובה (ומכאן קבוע הקצב) עולה עם עליית הטמפרטורה ב-10 0 נקרא מקדם הטמפרטורה של התגובה:
(4)
.(5)
המשמעות היא, למשל, שעם עלייה בטמפרטורה ב-100 0 עבור עלייה מקובלת בקצב הממוצע פי 2 ( = 2), קצב התגובה עולה ב-2 10, כלומר. בערך 1000 פעמים, וכאשר = 4 - 4 10, כלומר. 1000000 פעמים. כלל ואן הוף חל על תגובות המתרחשות בטמפרטורות נמוכות יחסית בטווח צר. העלייה החדה בקצב התגובה עם עליית הטמפרטורה מוסברת על ידי העובדה שמספר המולקולות הפעילות גדל באופן אקספוננציאלי.
25. משוואת איזותרמית תגובה כימית של ואן'הוף.
בהתאם לחוק הפעולה ההמונית לתגובה שרירותית
ו-A + bB = cC + dD
ניתן לכתוב את המשוואה לקצב תגובה ישירה:
,
ועבור קצב התגובה ההפוכה:
.
ככל שהתגובה תתקדם משמאל לימין, ריכוזי החומרים A ו-B יפחתו וקצב התגובה הקדמית יקטן. מצד שני, ככל שתצטבר תוצרי תגובה C ו-D, קצב התגובה יגדל מימין לשמאל. מגיע רגע שבו המהירויות υ 1 ו- υ 2 הופכות זהות, הריכוזים של כל החומרים נשארים ללא שינוי, לכן,
,כאשר K c = k 1 / k 2 =
.
הערך הקבוע K c, השווה ליחס בין קבועי הקצב של התגובות הישירות וההפוכות, מתאר באופן כמותי את מצב שיווי המשקל באמצעות ריכוזי שיווי המשקל של חומרי המוצא ותוצרי האינטראקציה ביניהם (במונחים של המקדמים הסטוכיומטריים שלהם) ו נקרא קבוע שיווי המשקל. קבוע שיווי המשקל קבוע רק עבור טמפרטורה נתונה, כלומר.
K c \u003d f (T). קבוע שיווי המשקל של תגובה כימית מבוטא בדרך כלל כיחס, שהמונה שלו הוא מכפלת הריכוזים המולאריים בשיווי המשקל של תוצרי התגובה, והמכנה הוא מכפלת ריכוזי חומרי המוצא.
אם מרכיבי התגובה הם תערובת של גזים אידיאליים, אזי קבוע שיווי המשקל (K p) מבוטא במונחים של הלחצים החלקיים של הרכיבים:
.
עבור המעבר מ-K p ל-K עם אנו משתמשים במשוואת המצב P · V = n · R · T. בגלל ה
, ואז P = C·R·T. .מהמשוואה עולה כי K p = K s, בתנאי שהתגובה תתקדם מבלי לשנות את מספר השומות בשלב הגז, כלומר. כאשר (c + d) = (a + b).
אם התגובה ממשיכה באופן ספונטני בקבועים P ו-T או V ו-T, אז ניתן לקבל את הערכים G ו-F של תגובה זו מהמשוואות:
,
כאשר C A, C B, C C, C D הם ריכוזי אי-שיווי המשקל של החומרים ההתחלתיים ותוצרי התגובה.
,כאשר P A, P B, P C, P D הם הלחצים החלקיים של החומרים ותוצרי התגובה הראשוניים.
שתי המשוואות האחרונות נקראות משוואות איזותרמיות הריאקציה הכימית של ואן הוף. יחס זה מאפשר לחשב את ערכי G ו-F של התגובה, כדי לקבוע את כיוונה בריכוזים שונים של החומרים ההתחלתיים.
יש לציין כי הן עבור מערכות גזים והן עבור תמיסות עם השתתפות של מוצקים בתגובה (כלומר עבור מערכות הטרוגניות), ריכוז השלב המוצק אינו נכלל בביטוי עבור קבוע שיווי המשקל, שכן ריכוז זה הוא כמעט קבוע. אז לתגובה
2 CO (g) \u003d CO 2 (g) + C (t)
קבוע שיווי המשקל כתוב כ
.התלות של קבוע שיווי המשקל בטמפרטורה (עבור טמפרטורה T 2 ביחס לטמפרטורה T 1) באה לידי ביטוי במשוואת ואן'ט הוף הבאה:
,
כאשר Н 0 הוא ההשפעה התרמית של התגובה.
עבור תגובה אנדותרמית (התגובה ממשיכה עם ספיגת החום), קבוע שיווי המשקל עולה עם עליית הטמפרטורה, המערכת, כביכול, מתנגדת לחימום.
34. אוסמוזה, לחץ אוסמוטי. משוואת ואן הוף ומקדם אוסמוטי.
אוסמוזה היא תנועה ספונטנית של מולקולות ממס דרך קרום חדיר למחצה המפריד בין תמיסות בריכוזים שונים מתמיסה בריכוז נמוך יותר לתמיסה בריכוז גבוה יותר, מה שמוביל לדילול של האחרון. כממברנה חדירה למחצה, דרך חורים קטנים שרק מולקולות ממס קטנות יכולות לעבור באופן סלקטיבי ונשמרות מולקולות או יונים גדולות או מומסות, לרוב נעשה שימוש בסרט צלופן - לחומרים בעלי משקל מולקולרי גבוה, ולמשקל מולקולרי נמוך - סרט. של פרוציאניד נחושת. ניתן למנוע את תהליך העברת הממס (אוסמוזה) אם מפעילים לחץ הידרוסטטי חיצוני על תמיסה בעלת ריכוז גבוה יותר (בתנאי שיווי משקל זה יהיה מה שנקרא לחץ אוסמוטי, המסומן באות ). כדי לחשב את הערך של בתמיסות של לא-אלקטרוליטים, נעשה שימוש במשוואת ואן הוף האמפירית:
כאשר C הוא הריכוז המולארי של החומר, מול/ק"ג;
R הוא קבוע הגז האוניברסלי, J/mol K.
ערך הלחץ האוסמוטי הוא פרופורציונלי למספר המולקולות (במקרה הכללי, מספר החלקיקים) של חומר אחד או יותר המומס בנפח נתון של תמיסה, ואינו תלוי באופי שלהן ובאופי הממס. בתמיסות של אלקטרוליטים חזקים או חלשים, המספר הכולל של חלקיקים בודדים גדל עקב התנתקות של מולקולות; לכן, יש צורך להכניס את מקדם המידתיות המתאים, הנקרא מקדם איזוטוני, לתוך המשוואה לחישוב הלחץ האוסמוטי.
i C R T,
כאשר i הוא המקדם האיזוטוני, מחושב כיחס בין סכום מספרי היונים ומולקולות האלקטרוליטים הבלתי מפורקים למספר המולקולות הראשוני של חומר זה.
אז, אם מידת פירוק האלקטרוליטים, כלומר. היחס בין מספר המולקולות שהתפרקו ליונים למספר הכולל של מולקולות של המומס הוא ומולקולת האלקטרוליט מתפרקת ל-n יונים, אז המקדם האיזוטוני מחושב באופן הבא:
i = 1 + (n – 1) ,(i > 1).
עבור אלקטרוליטים חזקים, אתה יכול לקחת = 1, ואז i = n, והמקדם i (גם הוא גדול מ-1) נקרא המקדם האוסמוטי.
תופעת האוסמוזה היא בעלת חשיבות רבה עבור אורגניזמים של צמחים ובעלי חיים, שכן לממברנות התאים שלהם ביחס לתמיסות של חומרים רבים יש תכונות של קרום חדיר למחצה. במים טהורים התא מתנפח חזק, במקרים מסוימים עד לקריעת הקליפה, ובתמיסות בעלות ריכוז מלחים גבוה, להיפך, הוא יורד בגודלו ומתכווץ עקב איבוד גדול של מים. לכן, בשימור מזון מוסיפים להם כמות גדולה של מלח או סוכר. תאים של מיקרואורגניזמים בתנאים כאלה מאבדים כמות משמעותית של מים ומתים.
כל תהליכים כימיים, כמו גם מספר טרנספורמציות פיזיקליות של חומרים (איוד, עיבוי, התכה, טרנספורמציות פולימורפיות וכו') מלווים תמיד בשינוי באנרגיה הפנימית של מערכות. תרמוכימיה - זהו ענף בכימיה החוקר את השינוי בכמות החום במהלך תהליך. אחד ממייסדי התרמוכימיה הוא המדען הרוסי G. I. Hess.
השפעה תרמית של תגובה כימיתהוא החום המשתחרר או נספג במהלך תגובה כימית. ההשפעה התרמית הסטנדרטית של תגובה כימית הוא החום המשתחרר או נספג במהלך תגובה כימית בתנאים סטנדרטיים. ניתן לחלק את כל התהליכים הכימיים לשתי קבוצות: אקסותרמית ואנדותרמית.
אקסותרמיהן תגובות שבהן חום משתחרר לסביבה. במקרה זה, מלאי האנרגיה הפנימית של החומרים הראשוניים (U 1) גדול מהתוצרים המתקבלים (U 2). לכן, ∆U< 0, а это приводит к образованию термодинамически устойчивых веществ.
אנדותרמיאלו הן תגובות שבהן חום נספג מהסביבה. במקרה זה, מלאי האנרגיה הפנימית של החומרים הראשוניים (U 1) קטן מזה של המוצרים המתקבלים (U 2). כתוצאה מכך, ∆U > 0, וזה מוביל להיווצרות של חומרים לא יציבים מבחינה תרמודינמית. בניגוד לתרמודינמיקה, בתרמוכימיה, החום המשוחרר נחשב חיובי, והחום הנקלט נחשב שלילי. חום בתרמוכימיה מסומן ב-Q. יחידת החום היא J/mol או kJ/mol. בהתאם לתנאי התהליך, ישנן השפעות תרמיות איזוכוריות ואיזובריות.
Isochoric (Q V)האפקט התרמי הוא כמות החום המשתחררת או נספגת בתהליך נתון בנפח קבוע (V \u003d const) ובטמפרטורות שוות של המצב הסופי וההתחלתי (T 1 \u003d T 2).
איזוברית (Q p)האפקט התרמי הוא כמות החום המשתחררת או נספגת במהלך תהליך נתון בלחץ קבוע (p \u003d const) ובטמפרטורות שוות של המצב הסופי והראשוני (T 1 \u003d T 2).
עבור מערכות נוזל ומוצק, השינוי בנפח קטן וניתן להניח ש- Q p » Q V . למערכות גזים
Q р = Q V – ∆nRT, (4.3)
כאשר ∆n הוא השינוי במספר המול של המשתתפים הגזים בתגובה
∆n = ån המשך. תגובות - אנן ref. חומרים. (4.4)
בכל המקרים, הפיכת חלק מהאנרגיה הפנימית (כימית) לתרמית (או סוגים אחרים) ולהיפך, תרמית לכימית מתרחשת בהתאם לחוק שימור האנרגיה ולחוק הראשון של התרמודינמיקה.
בתרמוכימיה נהוג להשתמש משוואות תרמוכימיות אלו הן משוואות התגובות הכימיות, שבהן החומרים הראשוניים ניתנים בצד שמאל של המשוואה, ותוצרי התגובה פלוס (או מינוס), האפקט התרמי ניתנים בצד ימין, והמצב המצטבר של חומרים ו גם הצורות הגבישיות שלהם מוצגות. לדוגמה,
C גרפיט + O 2 \u003d CO 2 (g) + 393.77 קילו-ג'יי
H 2 + 1 / 2O 2 \u003d H 2 O (l) + 289.95 kJ
C (יהלום) + 2S (מעוין) \u003d CS 2 (ג) - 87.9 קילו-ג'יי
בעזרת משוואות תרמוכימיות, ניתן לבצע את כל הפעולות האלגבריות: חיבור, חיסור, כפל, העברת מונחים וכו'.
ההשפעות התרמיות של תהליכים כימיים ופיזיקליים רבים נקבעות באופן אמפירי (קלומטריה) או מחושבות באופן תיאורטי באמצעות חום היווצרות (פירוק) וחום בעירה של תרכובות כימיות מסוימות.
חום החינוךשל תרכובת נתונה היא כמות החום המשתחררת או נספגת במהלך היווצרות 1 מול ממנה מחומרים פשוטים ב-kJ. חום ההיווצרות של חומרים פשוטים שנמצאים במצב יציב בתנאים סטנדרטיים נחשבים לאפס. בתגובות
K (tv) + 1/2Cl (g) = KS1 (טלוויזיה) + 442.13 קילו-ג'יי
C (tv) + 1 / 2H 2 (g) + 1 / 2N (g) = HCN (g) - 125.60 kJ
השפעות תרמיות 442.13 קילו-ג'יי ו-125.60 קילו-ג'יי הם חום ההיווצרות של KCl ו-HCN, בהתאמה. חום של פירוק של תרכובות אלה לחומרים פשוטים, על פי חוק שימור האנרגיה, שוות בערכם המוחלט, אך הפוכה בסימן, כלומר עבור KCl, חום הפירוק הוא -442.13 קילו-ג'יי, ועבור HCN הוא +125.60 קילו-ג'יי.
ככל שמשתחרר יותר חום במהלך היווצרות התרכובת, יש להוציא יותר חום כדי לפרק אותה, והתרכובת הנתונה חזקה יותר בתנאים רגילים. חומרים יציבים ועמידים מבחינה כימית הם: SiO 2, A1 2 O 3, P 2 O 5, KCl, NaCl וכו'. חומרים הנוצרים עם ספיגת חום אינם יציבים במיוחד (לדוגמה, NO, CS 2, C 2 H 2, HCN וכל חומרי הנפץ). לא ניתן לקבוע בניסוי את חום ההיווצרות של תרכובות אורגניות. הם מחושבים באופן תיאורטי מהערכים של הערכים הקלוריים של תרכובות אלה, שנמצאו אמפירית.
חום בעירההחום המשתחרר במהלך בעירה מלאה של 1 מול של חומר בזרם חמצן נקרא. חום הבעירה נקבע ביחידה קלורימטרית שחלקיה העיקריים הם: בלון חמצן, פצצה קלורימטרית, קלורימטר עם כמות מים שקולה ובוחש ומכשיר הצתה חשמלי.
גודל ההשפעות התרמיות של תגובות כימיות תלוי בגורמים רבים: אופי החומרים המגיבים, מצב הצבירה של החומרים ההתחלתיים והסופיים, תנאי התגובה (טמפרטורה, לחץ, נפח המערכת, ריכוז).