Panas reaksi standar. Efek termal dari reaksi kimia dan penerapan praktisnya

Efek termal reaksi kimia

Ketika reaksi kimia terjadi, terjadi restrukturisasi ikatan kimia dalam molekul, transisi dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya, dll. Semua ini mengarah pada perubahan energi dalam sistem. Dalam hal ini, sistem dapat melakukan kerja dan bertukar energi dengan lingkungan. Karena semua jenis energi dapat direduksi menjadi jumlah panas yang setara, dalam termodinamika kimia kita berbicara tentang efek termal dari suatu reaksi kimia.

Efek termal dari reaksi kimia- jumlah panas yang dilepaskan atau diserap selama reaksi saat dilakukan kondisi berikut:

Proses ini terjadi secara ireversibel pada volume atau tekanan konstan;

Tidak ada pekerjaan yang dilakukan dalam sistem selain pekerjaan perluasan;

Produk reaksi memiliki suhu yang sama dengan bahan awal.

Menurut hukum pertama termodinamika, efek termal suatu reaksi sama dengan: D Q=D U+p× D V. Karena panas bukan merupakan fungsi keadaan, besarnya efek termal suatu reaksi kimia bergantung pada kondisi pelaksanaan (jalur) proses tersebut. Perbedaan dibuat antara efek termal dari reaksi kimia yang dilakukan dalam kondisi isokhorik (D QV=D kamu di) dan isobarik (D Qp=D U p + p× D V=D N).

Jelas D Qp-D QV=hal× D V. Untuk reaksi yang terjadi pada fase terkondensasi (cair, padat), D V»0, A D Qp" D QV.

Paling sering, reaksi kimia dilakukan pada tekanan konstan, oleh karena itu, ketika melakukan perhitungan termodinamika, efek termal pada tekanan konstan D biasanya digunakan. Qp. Dalam hal ini, ini berhubungan dengan perubahan entalpi sistem selama reaksi D Qp=D r N(indeks R menunjukkan perubahan fungsi termodinamika, dalam hal ini entalpi, selama reaksi kimia).

Reaksi yang terjadi dengan pelepasan panas masuk lingkungan, disebut eksotermik, dan reaksi yang terjadi dengan penyerapan panas dari lingkungan adalah endotermik. Karena efek termal reaksi berhubungan dengan perubahan entalpi sistem, jelas bahwa untuk proses eksotermik D r N<0, а для эндотермических Dr N>0.

Karena untuk reaksi kimia yang terjadi dalam kondisi isobarik atau isokorik, panas memperoleh sifat-sifat tersebut fungsi negara, maka dapat dikatakan bahwa efek termal suatu reaksi hanya bergantung pada jenis dan keadaan zat awal dan produk akhir dan tidak bergantung pada jalur transformasi suatu zat menjadi zat lain (tahap peralihan). Pernyataan ini dapat dianggap sebagai penerapan hukum pertama termodinamika pada reaksi kimia. Ini disebut hukum Hess dan merupakan hukum dasar termokimia.

G.I. Hess (Akademi Ilmu Pengetahuan St. Petersburg) secara eksperimental menetapkan bahwa “jika beberapa zat lain dapat diperoleh dari beberapa zat awal dengan beberapa cara, maka jumlah total panas yang dilepaskan selama pembentukan zat ini akan selalu sama, terlepas dari jenisnya. metode produksi.”

Contoh. Mari kita perhatikan reaksi interaksi satu mol karbon (grafit) dan oksigen dengan pembentukan karbon dioksida pada suhu T=298 K.

Proses ini dapat dilakukan dengan dua cara:

1) C (grafit) + O 2 = CO 2; D r N 1 = –393,51 kJ;

2) C(grafit) + 0,5O 2 = CO; D r N 2 = –110,53 kJ;

CO + 0,5O 2 = CO 2; D r N 3 = –282,98 kJ.

Beras. 5‑3 Diagram perubahan entalpi sistem ketika satu mol karbon berinteraksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida

Diagram perubahan entalpi sistem ditunjukkan pada Gambar 5.3. Dari situ terlihat jelas bahwa D r N 1 =D r N 2 + D r N 3. Jika efek termal dari salah satu reaksi tidak diketahui, maka dapat dihitung dengan mengetahui reaksi lainnya. Misalnya, jika D r N 1 dan D r N 3, lalu D r N 2 =D r N 1–D r N 3 .

Jadi, dengan menggunakan hukum Hess, efek termal dari reaksi kimia dapat dihitung jika penentuan eksperimentalnya tidak mungkin atau sulit. Selain itu, berdasarkan data eksperimen yang tersedia untuk sejumlah kecil reaksi kimia, perhitungan termodinamika dapat dilakukan baik dari proses aktual maupun proses hipotetis.

Efek termal dari reaksi di kasus umum memperhitungkan transisi sejumlah mol zat awal menjadi sejumlah mol zat akhir, menurut persamaan reaksi. Dalam hal ini, nilai numerik efek termal mengacu pada persamaan reaksi kimia tertentu dan dimensinya [kJ]. Persamaan reaksi kimia yang mencakup efek termalnya disebut persamaan termokimia.

Seringkali efek termal suatu reaksi disebut sebagai transformasi satu mol suatu zat. Koefisien stoikiometri dalam persamaan reaksi suatu zat sama dengan satu, dan koefisien zat lain dapat berupa bilangan bulat atau pecahan. Dalam hal ini, dimensi efek termal adalah [kJ/mol]. Efek termal dari reaksi pembentukan satu mol suatu zat biasanya dilambangkan dengan D f n, dan efek termal dari reaksi pembakaran satu mol suatu zat adalah D c N.

Pengaruh termal suatu reaksi kimia atau perubahan entalpi suatu sistem akibat terjadinya reaksi kimia adalah banyaknya kalor yang disebabkan oleh perubahan suatu variabel kimia yang diterima oleh sistem tempat terjadinya reaksi kimia dan reaksi tersebut. produk mengambil suhu reaktan.

Agar efek termal menjadi besaran yang hanya bergantung pada sifat reaksi kimia yang sedang berlangsung, kondisi berikut harus dipenuhi:

· Reaksi harus berlangsung pada volume konstan Q v (proses isokorik) atau pada tekanan konstan Q p (proses isobarik).

· Tidak ada usaha yang dilakukan dalam sistem, kecuali usaha pemuaian yang mungkin terjadi pada P = konstanta.

Jika reaksi dilakukan pada kondisi standar pada T = 298,15 K = 25 ˚C dan P = 1 atm = 101325 Pa, maka efek termalnya disebut efek termal standar reaksi atau entalpi standar reaksi ΔH r O. Dalam termokimia, panas reaksi standar dihitung menggunakan entalpi pembentukan standar.

Entalpi pembentukan standar (panas pembentukan standar)

Panas pembentukan standar dipahami sebagai efek termal dari reaksi pembentukan satu mol suatu zat dari zat sederhana, komponennya, yang berada dalam kondisi standar stabil.

Misalnya, entalpi pembentukan standar 1 mol metana dari karbon dan hidrogen sama dengan efek termal reaksi:

C(tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol.

Entalpi pembentukan standar dilambangkan dengan ΔHfO. Di sini indeks f berarti pembentukan, dan lingkaran yang dicoret, mengingatkan pada piringan Plimsol, berarti nilainya mengacu pada keadaan standar materi. Dalam literatur, sebutan lain untuk entalpi standar sering ditemukan - ΔH 298,15 0, di mana 0 menunjukkan kesetaraan tekanan dengan satu atmosfer (atau, lebih tepatnya, kondisi standar), dan 298,15 - suhu. Kadang-kadang indeks 0 digunakan untuk besaran yang berkaitan dengan suatu zat murni, dengan ketentuan bahwa indeks tersebut dapat digunakan untuk menentukan besaran termodinamika standar hanya jika suatu zat murni dipilih sebagai keadaan standar. Misalnya, keadaan suatu zat dalam larutan yang sangat encer juga dapat diterima sebagai standar. “Plimsoll disk” dalam hal ini berarti keadaan standar materi yang sebenarnya, apa pun pilihannya.

Entalpi pembentukan zat sederhana dianggap sama dengan nol, dan nilai entalpi pembentukan nol mengacu pada keadaan agregasi, stabil pada T = 298 K. Misalnya, untuk yodium dalam keadaan kristal ΔH I2(s) 0 = 0 kJ/mol, dan untuk yodium cair ΔH I2 (g) 0 = 22 kJ/mol. Entalpi pembentukan zat sederhana dalam kondisi standar adalah karakteristik energi utamanya.

Efek termal suatu reaksi dinyatakan sebagai selisih antara jumlah kalor pembentukan semua produk dan jumlah kalor pembentukan semua reaktan dalam suatu reaksi (konsekuensi dari hukum Hess):

ΔH reaksi O = ΣΔH f O (produk) - ΣΔH f O (reagen)

Efek termokimia dapat dimasukkan ke dalam reaksi kimia. Persamaan kimia yang menunjukkan banyaknya kalor yang dilepaskan atau diserap disebut persamaan termokimia. Reaksi yang disertai pelepasan panas ke lingkungan mempunyai efek termal negatif dan disebut eksotermik. Reaksi yang disertai penyerapan panas mempunyai efek termal positif dan disebut endotermik. Efek termal biasanya mengacu pada satu mol bahan awal yang bereaksi yang koefisien stoikiometrinya maksimum.

Ketergantungan suhu pada efek termal (entalpi) reaksi

Untuk menghitung ketergantungan entalpi suatu reaksi pada suhu, perlu diketahui kapasitas panas molar zat-zat yang ikut serta dalam reaksi. Perubahan entalpi reaksi dengan meningkatnya suhu dari T 1 ke T 2 dihitung menurut hukum Kirchhoff (diasumsikan bahwa dalam kisaran suhu ini kapasitas panas molar tidak bergantung pada suhu dan tidak ada transformasi fasa):

Jika transformasi fasa terjadi dalam kisaran suhu tertentu, maka dalam perhitungan perlu memperhitungkan panas dari transformasi yang sesuai, serta perubahan ketergantungan suhu dari kapasitas panas zat yang telah mengalami transformasi tersebut:

dimana ΔC p (T 1 ,T f) adalah perubahan kapasitas panas dalam rentang suhu dari T 1 hingga suhu transisi fasa; ΔC p (T f ,T 2) adalah perubahan kapasitas panas pada rentang suhu dari suhu transisi fasa ke suhu akhir, dan T f adalah suhu transisi fasa.

Entalpi pembakaran standar adalah ΔH horo, efek termal dari reaksi pembakaran satu mol suatu zat dalam oksigen hingga pembentukan oksida pada bilangan oksidasi tertinggi. Kalor pembakaran zat yang tidak mudah terbakar diasumsikan nol.

Entalpi larutan standar adalah larutan ΔH, efek termal dari proses pelarutan 1 mol suatu zat dalam jumlah pelarut yang tak terhingga banyaknya. Terdiri dari panasnya kehancuran kisi kristal dan panas hidrasi (atau panas solvasi untuk larutan tidak berair), yang dilepaskan sebagai akibat interaksi molekul pelarut dengan molekul atau ion zat terlarut dengan pembentukan senyawa dengan komposisi bervariasi - hidrat (pelarut). Penghancuran kisi kristal biasanya merupakan proses endotermik - ΔH resh > 0, dan hidrasi ion bersifat eksotermik, ΔH hydr< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH реш и ΔH гидр энтальпия растворения может иметь как положительное, так и arti negatif. Jadi, pelarutan kristal kalium hidroksida disertai dengan pelepasan panas:

ΔH larutanKOH o = ΔH memecahkan o + ΔH hidK +o + ΔH hidroOH −o = −59 KJ/mol

Entalpi hidrasi - ΔH hid, mengacu pada panas yang dilepaskan ketika 1 mol ion berpindah dari ruang hampa ke larutan.

Entalpi netralisasi standar adalah entalpi reaksi interaksi neutron ΔH asam kuat dan basa membentuk 1 mol air pada kondisi standar:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

H + + OH − = H 2 O, ΔH netral ° = −55,9 kJ/mol

Entalpi netralisasi standar untuk larutan pekat elektrolit kuat bergantung pada konsentrasi ion, karena perubahan nilai ΔH hidrasi ° ion pada pengenceran

Entalpi adalah sifat suatu zat yang menunjukkan jumlah energi yang dapat diubah menjadi panas.

Entalpi adalah sifat termodinamika suatu zat yang menunjukkan tingkat energi yang tersimpan dalam struktur molekulnya. Artinya, meskipun suatu zat mempunyai energi berdasarkan suhu dan tekanan, tidak semuanya dapat diubah menjadi panas. Sebagian energi dalam selalu tersimpan dalam suatu zat dan mempertahankan struktur molekulnya. Sebagian energi kinetik suatu zat tidak tersedia ketika suhunya mendekati suhu lingkungan. Oleh karena itu, entalpi adalah jumlah energi yang tersedia untuk diubah menjadi panas pada suhu dan tekanan tertentu. Satuan entalpi adalah satuan termal British atau joule untuk energi dan Btu/lbm atau J/kg untuk energi spesifik.

Kuantitas entalpi

Besarnya entalpi suatu zat didasarkan pada suhu tertentu. Suhu inilah nilai yang dipilih oleh para ilmuwan dan insinyur sebagai dasar perhitungan. Ini adalah suhu di mana entalpi suatu zat adalah nol J. Dengan kata lain, zat tersebut tidak memiliki energi yang dapat diubah menjadi panas. Suhu ini berbeda untuk zat yang berbeda. Misalnya, suhu tertentu air adalah titik tripel (0 °C), nitrogen adalah -150 °C, dan zat pendingin berbahan dasar metana dan etana adalah -40 °C.

Jika suhu suatu zat lebih tinggi dari suhu tertentu atau berubah wujud menjadi gas pada suhu tertentu, entalpi dinyatakan sebagai bilangan positif. Sebaliknya, pada suhu di bawah entalpi suatu zat dinyatakan angka negatif. Entalpi digunakan dalam perhitungan untuk menentukan perbedaan tingkat energi antara dua keadaan. Ini diperlukan untuk mengkonfigurasi peralatan dan menentukan koefisiennya tindakan yang berguna proses.

Entalpi sering didefinisikan sebagai energi penuh suatu zat, karena sama dengan jumlah energi internalnya (dan) dalam negara bagian ini beserta kemampuannya dalam menyelesaikan pekerjaan (pv). Namun kenyataannya, entalpi tidak menunjukkan energi total suatu zat pada suhu tertentu di atas nol mutlak (-273°C). Oleh karena itu, daripada mendefinisikan entalpi sebagai panas total suatu zat, entalpi lebih tepat didefinisikan sebagai total energi yang tersedia suatu zat yang dapat diubah menjadi panas.
H = U + pV

HUKUM HESS: efek termal kimia. r-tion hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem dan tidak bergantung pada intervalnya. negara bagian. G.z. adalah ekspresi hukum kekekalan energi untuk sistem tempat terjadinya reaksi kimia. r-tion, dan konsekuensi dari hukum pertama termodinamika, namun dirumuskan lebih awal dari hukum pertama. Berlaku untuk proses yang mengalir pada volume konstan atau tekanan konstan; untuk yang pertama, efek termal sama dengan perubahan internal energi sistem karena bahan kimia r-tion, untuk yang kedua - perubahan entalpi. Untuk menghitung efek termal suatu wilayah, termasuk. praktis tidak mungkin, merupakan sistem termokimia. persamaan, yang mewakili persamaan distrik, dicatat bersama dengan efek termal yang sesuai pada suhu tertentu. Dalam hal ini, penting untuk menunjukkan keadaan agregasi zat-zat yang bereaksi, karena Besarnya efek termal di wilayah tersebut bergantung pada hal ini.

Sistem termokimia Persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus-rumus yang keadaannya sama, seperti halnya suku-suku matematika biasa. kamu.

I. Pembakaran dan oksidasi lambat

Pembakaran adalah reaksi kimia pertama yang diketahui manusia. Api... Mungkinkah membayangkan keberadaan kita tanpa api? Dia memasuki hidup kita dan menjadi tidak terpisahkan darinya. Tanpa api, seseorang tidak dapat memasak makanan atau baja; tanpanya, transportasi tidak mungkin dilakukan. Api telah menjadi sahabat dan sekutu kita, simbol perbuatan mulia, perbuatan baik, dan kenangan masa lalu.

Peringatan Kemuliaan di Syktyvkar

Nyala api, api, sebagai salah satu wujud reaksi pembakaran, juga mempunyai refleksi monumental tersendiri. Contoh yang mencolok - peringatan kejayaan di Syktyvkar.

Setiap empat tahun sekali, sebuah peristiwa terjadi di dunia yang disertai dengan perpindahan api “hidup”. Sebagai tanda penghormatan kepada pendiri Olimpiade, api tersebut didatangkan dari Yunani. Sesuai tradisi, salah satu atlet berprestasi mengantarkan obor ini ke arena utama olimpiade.

Ada dongeng dan legenda tentang api. Di masa lalu, orang mengira kadal kecil - roh api - hidup di api. Dan ada pula yang menganggap api sebagai dewa dan membangun kuil untuk menghormatinya. Selama ratusan tahun, lampu yang didedikasikan untuk dewa api menyala di kuil-kuil ini tanpa padam. Pemujaan terhadap api merupakan akibat dari ketidaktahuan masyarakat terhadap proses pembakaran.

Api Olimpiade

M.V. Lomonosov berkata: “Tidak mungkin mempelajari sifat api tanpa bahan kimia.”

Pembakaran - reaksi oksidasi yang terjadi dengan kecepatan yang cukup tinggi, disertai pelepasan panas dan cahaya.

Secara skematis, proses oksidasi ini dapat dinyatakan sebagai berikut:

Reaksi yang terjadi dengan pelepasan kalor disebut eksotermik(dari bahasa Yunani "exo" - keluar).

Selama pembakaran terjadi oksidasi yang intens, api muncul selama proses pembakaran, oleh karena itu oksidasi tersebut berlangsung sangat cepat. Jika Akankah laju reaksinya cukup cepat? Ledakan mungkin terjadi. Ini adalah bagaimana campuran bahan mudah terbakar dengan udara atau oksigen meledak. Sayangnya, diketahui ada kasus ledakan campuran udara dengan metana, hidrogen, uap bensin, eter, tepung dan debu gula, dll, yang mengakibatkan kehancuran bahkan korban jiwa.

Agar pembakaran terjadi, Anda memerlukan:

bahan yang mudah terbakar
oksidator (oksigen)
Pemanasan bahan yang mudah terbakar hingga suhu penyalaan

Temperatur penyalaan setiap zat berbeda-beda.

Meskipun eter dapat dinyalakan dengan kawat panas, untuk menyalakan kayu, eter harus dipanaskan hingga beberapa ratus derajat. Temperatur penyalaan suatu zat berbeda-beda. Belerang dan kayu terbakar pada suhu sekitar 270°C, batu bara pada suhu sekitar 350°C, dan fosfor putih pada suhu sekitar 40°C.

Namun, tidak semua oksidasi harus disertai dengan munculnya cahaya.

Ada sejumlah besar kasus oksidasi yang tidak dapat kita sebut sebagai proses pembakaran, karena proses tersebut terjadi sangat lambat sehingga tidak dapat kita sadari. Hanya setelah waktu tertentu, seringkali sangat lama, kita dapat mendeteksi produk oksidasi. Hal ini terjadi, misalnya, dengan oksidasi (pengkaratan) logam yang sangat lambat

atau selama proses peluruhan.

Tentu saja, selama oksidasi lambat, panas dilepaskan, tetapi pelepasan ini berlangsung lambat karena lamanya proses. Namun, apakah sepotong kayu terbakar dengan cepat atau mengalami oksidasi lambat di udara selama bertahun-tahun, tidak ada bedanya - dalam kedua kasus tersebut, jumlah panas yang sama akan dilepaskan.

Oksidasi lambat adalah proses interaksi lambat zat dengan oksigen dengan pelepasan panas (energi) secara perlahan.

Contoh interaksi zat dengan oksigen tanpa mengeluarkan cahaya: pembusukan kotoran, daun, ketengikan minyak, oksidasi logam (nozel besi menjadi lebih tipis dan lebih kecil dengan penggunaan jangka panjang), respirasi makhluk aerobik, yaitu menghirup oksigen, disertai dengan pelepasan panas, pembentukan karbon dioksida dan air.

Mari kita kenali ciri-ciri pembakaran dan proses oksidasi lambat yang diberikan pada tabel.

Ciri-ciri proses pembakaran dan oksidasi yang lambat

Tanda-tanda reaksi	Proses
Tanda-tanda reaksi	Pembakaran	Oksidasi lambat
Pembentukan zat baru	Ya (oksida)	Ya (oksida)
Pelepasan panas	Ya	Ya
Tingkat pelepasan panas	Besar	Kecil (berjalan perlahan)
Penampilan cahaya	Ya	TIDAK

DI DALAM kesimpulan : reaksi pembakaran dan oksidasi lambat merupakan reaksi eksotermik yang berbeda dalam laju terjadinya proses tersebut.

II. Efek termal dari reaksi kimia.

Setiap zat menyimpan sejumlah energi tertentu. Kita sudah menemukan sifat zat ini saat sarapan, makan siang atau makan malam, karena makanan memungkinkan tubuh kita menggunakan berbagai macam energi. senyawa kimia terkandung dalam makanan. Di dalam tubuh, energi ini diubah menjadi gerakan, kerja, dan digunakan untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan (dan cukup tinggi!).

Setiap reaksi kimia disertai dengan pelepasan atau penyerapan energi. Paling sering, energi dilepaskan atau diserap dalam bentuk panas (lebih jarang dalam bentuk energi cahaya atau mekanik). Panas ini dapat diukur. Hasil pengukuran dinyatakan dalam kilojoule (kJ) untuk satu MOLE reaktan atau (lebih jarang) untuk satu mol produk reaksi. Banyaknya kalor yang dilepaskan atau diserap selama reaksi kimia disebut efek termal dari reaksi (Q) . Misalnya, efek termal dari reaksi pembakaran hidrogen dalam oksigen dapat dinyatakan dengan salah satu dari dua persamaan:

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + Q

Persamaan reaksi ini disebutpersamaan termokimia. Ini simbolnya "+ Q" berarti ketika hidrogen dibakar, panas dilepaskan. Panas ini disebut efek termal dari reaksi. Persamaan termokimia sering kali menunjukkan keadaan agregat suatu zat.

Reaksi yang terjadi dengan pelepasan energi disebut EKSOTHERMAL(dari bahasa Latin "exo" - keluar). Misalnya, pembakaran metana:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q

Reaksi yang terjadi dengan penyerapan energi disebut ENDOTERMIK(dari bahasa Latin "endo" - di dalam). Contohnya adalah pembentukan karbon monoksida (II) CO dan hidrogen H2 dari batu bara dan air, yang hanya terjadi jika dipanaskan.

C + H 2 O = CO + H 2 – Q

Efek termal dari reaksi kimia diperlukan untuk banyak perhitungan teknis.

Efek termal dari reaksi kimia diperlukan untuk banyak perhitungan teknis. Bayangkan sejenak diri Anda sebagai perancang roket bertenaga kuat yang mampu diluncurkan ke orbit pesawat ruang angkasa dan muatan lainnya (Gbr.).

Beras. Roket Rusia terkuat di dunia, Energia, sebelum diluncurkan di Kosmodrom Baikonur. Mesin salah satu tahapannya beroperasi pada gas cair - hidrogen dan oksigen.

Katakanlah Anda mengetahui usaha (dalam kJ) yang harus dikeluarkan untuk mengirimkan roket dengan muatan dari permukaan bumi ke orbit; Anda juga mengetahui usaha untuk mengatasi hambatan udara dan biaya energi lainnya selama penerbangan. Bagaimana cara menghitung pasokan hidrogen dan oksigen yang dibutuhkan, yang (dalam keadaan cair) digunakan dalam roket ini sebagai bahan bakar dan oksidator?

Tanpa bantuan efek termal dari reaksi pembentukan air dari hidrogen dan oksigen, hal ini sulit dilakukan. Bagaimanapun, efek termal adalah energi yang seharusnya meluncurkan roket ke orbit. Di ruang bakar roket, panas ini diubah menjadi energi kinetik molekul gas panas (uap), yang keluar dari nozel dan menciptakan gaya dorong jet.

DI DALAM industri kimia efek termal diperlukan untuk menghitung jumlah panas untuk memanaskan reaktor di mana reaksi endotermik terjadi. Di bidang energi, produksi energi panas dihitung menggunakan panas pembakaran bahan bakar.

Ahli diet menggunakan efek termal dari oksidasi produk makanan dalam tubuh untuk menciptakan pola makan yang tepat tidak hanya untuk pasien, tetapi juga untuk orang sehat- atlet, pekerja dari berbagai profesi. Secara tradisional, perhitungan di sini tidak menggunakan joule, tetapi satuan energi lainnya - kalori (1 kal = 4,1868 J). Kandungan energi suatu makanan mengacu pada massa produk makanan apa pun: 1 g, 100 g, atau bahkan kemasan standar produk tersebut. Misalnya pada label toples susu kental manis terdapat tulisan berikut: “kandungan kalori 320 kkal/100 g”.

№2. Teka-teki "Huruf yang tidak berulang".

Untuk memecahkan teka-teki ini, perhatikan baik-baik setiap barisnya. Pilihlah huruf yang tidak pernah terulang. Jika Anda melakukannya dengan benar, Anda akan dapat menggunakan huruf-huruf ini untuk membuat pepatah tentang aturan penanganan kebakaran.

TAMBAHAN:

Termokimia mempelajari efek termal dari reaksi kimia. Dalam banyak kasus, reaksi ini terjadi pada volume konstan atau tekanan konstan. Dari hukum pertama termodinamika dapat disimpulkan bahwa dalam kondisi ini panas merupakan fungsi keadaan. Pada volume konstan, kalor sama dengan perubahan energi dalam:

dan pada tekanan konstan - perubahan entalpi:

Persamaan ini, bila diterapkan pada reaksi kimia, merupakan intisarinya hukum Hess:

Efek termal dari reaksi kimia yang terjadi pada tekanan konstan atau volume konstan tidak bergantung pada jalur reaksi, tetapi hanya ditentukan oleh keadaan reaktan dan produk reaksi.

Dengan kata lain, efek termal suatu reaksi kimia sama dengan perubahan fungsi keadaan.
Dalam termokimia, tidak seperti aplikasi termodinamika lainnya, panas dianggap positif jika dilepaskan ke lingkungan, misalnya panas. Jika H < 0 или kamu < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(yang secara sederhana disebut "entalpi reaksi") atau kamu reaksi.

Jika reaksi terjadi dalam larutan atau dalam fasa padat, dimana perubahan volumenya dapat diabaikan, maka

H = kamu + (hal) kamu. (3.3)

Jika gas ideal ikut serta dalam reaksi, maka pada suhu konstan

H = kamu + (hal) = kamu+n. RT, (3.4)

dimana n adalah perubahan jumlah mol gas dalam reaksi.

Untuk memudahkan perbandingan entalpi berbagai reaksi, konsep “keadaan standar” digunakan. Keadaan standar adalah keadaan zat murni pada tekanan 1 bar (= 10 5 Pa) dan suhu tertentu. Untuk gas, ini adalah keadaan hipotetis pada tekanan 1 bar, yang memiliki sifat-sifat gas yang dijernihkan tak terhingga. Entalpi reaksi antar zat dalam keadaan standar pada suhu T, menunjukkan ( R berarti "reaksi"). Persamaan termokimia tidak hanya menunjukkan rumus zat, tetapi juga keadaan agregasi atau modifikasi kristalnya.

Konsekuensi penting mengikuti hukum Hess, yang memungkinkan penghitungan entalpi reaksi kimia.

Akibat wajar 1.

sama dengan selisih antara entalpi pembentukan standar produk reaksi dan reagen (dengan mempertimbangkan koefisien stoikiometri):

Entalpi standar (panas) pembentukan suatu zat (F berarti "pembentukan") pada suhu tertentu adalah entalpi reaksi pembentukan satu mol zat ini dari elemen, yang berada dalam kondisi standar paling stabil. Menurut definisi ini, entalpi pembentukan zat sederhana paling stabil dalam keadaan standar adalah 0 pada suhu berapa pun. Entalpi standar pembentukan zat pada suhu 298 K diberikan dalam buku referensi.

Konsep “entalpi pembentukan” digunakan tidak hanya untuk zat biasa, tetapi juga untuk ion dalam larutan. Dalam hal ini, ion H+ diambil sebagai titik acuan, yang entalpi pembentukan standarnya dalam larutan air diasumsikan nol:

Akibat wajar 2. Entalpi standar reaksi kimia

sama dengan selisih antara entalpi pembakaran reaktan dan produk reaksi (dengan mempertimbangkan koefisien stoikiometri):

(C berarti "pembakaran"). Entalpi standar (panas) pembakaran suatu zat adalah entalpi reaksi oksidasi sempurna satu mol suatu zat. Konsekuensi ini biasanya digunakan untuk menghitung efek termal dari reaksi organik.

Akibat wajar 3. Entalpi reaksi kimia sama dengan perbedaan energi antara ikatan kimia yang diputus dan yang terbentuk.

Energi komunikasi A-B sebutkan energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan dan memisahkan partikel-partikel yang dihasilkan dalam jarak tak terhingga:

AB (g) SEBUAH (g) + B (g) .

Energi komunikasi selalu positif.

Sebagian besar data termokimia dalam buku referensi diberikan pada suhu 298 K. Untuk menghitung efek termal pada suhu lain, gunakan persamaan Kirchhoff:

(bentuk diferensial) (3.7)

(bentuk integral) (3.8)

Di mana C hal- perbedaan antara kapasitas panas isobarik produk reaksi dan zat awal. Jika perbedaannya T 2 - T 1 kecil, maka Anda dapat menerimanya C hal= konstanta. Jika terdapat perbedaan suhu yang besar maka perlu menggunakan ketergantungan suhu C hal(T) jenis:

di mana koefisiennya A, B, C dll. untuk masing-masing zat diambil dari buku referensi, dan tandanya menunjukkan perbedaan antara produk dan reagen (dengan mempertimbangkan koefisien).

CONTOH

Contoh 3-1. Entalpi standar pembentukan air cair dan gas pada 298 K masing-masing adalah -285,8 dan -241,8 kJ/mol. Hitung entalpi penguapan air pada suhu ini.

Larutan. Entalpi pembentukan sesuai dengan reaksi berikut:

H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (l), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

Reaksi kedua dapat dilakukan dalam dua tahap: pertama, bakar hidrogen hingga membentuk air cair sesuai reaksi pertama, lalu evaporasi airnya:

H 2 O (l) = H 2 O (g), H 0 isp = ?

Kemudian, menurut hukum Hess,

H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,

Di mana H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.

Menjawab. 44,0 kJ/mol.

Contoh 3-2. Hitung entalpi reaksi

6C (g) + 6H (g) = C 6 H 6 (g)

a) berdasarkan entalpi pembentukan; b) dengan energi ikat, dengan asumsi bahwa ikatan rangkap pada molekul C 6 H 6 adalah tetap.

Larutan. a) Entalpi pembentukan (dalam kJ/mol) terdapat di buku referensi (misalnya, P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15): fH 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, fH 0 (C (g)) = 716,68, fH 0 (H (g)) = 217,97. Entalpi reaksinya adalah:

rh 0 = 82,93 - 6.716,68 - 6.217,97 = -5525 kJ/mol.

b) Pada reaksi ini ikatan kimia tidak putus, melainkan hanya terbentuk. Dalam perkiraan ikatan rangkap tetap, molekul C 6 H 6 mengandung 6 ikatan C-H, 3 ikatan C-C dan 3 ikatan C=C. Energi ikatan (dalam kJ/mol) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, hal. C7): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C=C) = 612. Entalpi reaksinya adalah:

rh 0 = -(6,412 + 3,348 + 3,612) = -5352 kJ/mol.

Perbedaan dengan hasil eksak -5525 kJ/mol disebabkan karena pada molekul benzena tidak terdapat ikatan tunggal C-C dan ikatan rangkap C=C, namun terdapat 6 ikatan C C aromatik.

Menjawab. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.

Contoh 3-3. Dengan menggunakan data referensi, hitung entalpi reaksi

3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

Larutan. Persamaan ionik yang disingkat untuk reaksi tersebut adalah:

3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

Menurut hukum Hess, entalpi reaksi adalah:

rh 0 = 4fH 0 (H 2 O (l)) + 2 fH 0 (TIDAK (g)) + 3 fH 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 fH 0 (TIDAK 3 - (aq))

(entalpi pembentukan tembaga dan ion H+, menurut definisi, adalah 0). Mengganti nilai entalpi pembentukan (P.W.Atkins, Physical Chemistry, 5th edition, pp. C9-C15), kita mendapatkan:

rh 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ

(berdasarkan tiga mol tembaga).

Menjawab. -358,4 kJ.

Contoh 3-4. Hitung entalpi pembakaran metana pada 1000 K, jika entalpi pembentukan pada 298 K diberikan: fH 0 (CH 4) = -17,9 kkal/mol, fH 0 (CO 2) = -94,1 kkal/mol, fH 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kkal/mol. Kapasitas kalor gas (dalam kal/(mol. K)) dalam kisaran 298 hingga 1000 K adalah sama dengan:

C p (CH 4) = 3,422 + 0,0178. T, C hal(O2) = 6,095 + 0,0033. T,

C p (CO 2) = 6,396 + 0,0102. T, C hal(H 2 O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.

Larutan. Entalpi reaksi pembakaran metana

CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

pada 298 K sama dengan:

94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kkal/mol.

Mari kita cari perbedaan kapasitas panas sebagai fungsi suhu:

C hal = C hal(CO2) + 2 C hal(H 2 O (g)) - C hal(CH 4) - 2 C hal(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(kal/(mol K)).

Entalpi reaksi pada 1000 K dihitung menggunakan persamaan Kirchhoff:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 kal/mol.

Menjawab. -192,5 kkal/mol.

TUGAS

3-1. Berapa kalor yang diperlukan untuk memindahkan 500 g Al (mp 658 o C, H 0 pl = 92,4 kal/g), diambil pada suhu kamar, dalam keadaan cair, jika C hal(Al TV) = 0,183 + 1,096 10 -4 T kal/(g K)?

3-2. Entalpi standar reaksi CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) yang terjadi dalam bejana terbuka pada suhu 1000 K adalah 169 kJ/mol. Berapa kalor reaksi yang terjadi pada suhu yang sama tetapi dalam bejana tertutup?

3-3. Hitung energi dalam standar pembentukan benzena cair pada 298 K jika entalpi standar pembentukannya adalah 49,0 kJ/mol.

3-4. Hitung entalpi pembentukan N 2 O 5 (g) di T= 298K berdasarkan data berikut:

2NO(g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), H 1 0 = -114,2 kJ/mol,

4NO 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2 O 5 (g), H 2 0 = -110,2 kJ/mol,

N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.

3-5. Entalpi pembakaran -glukosa, -fruktosa dan sukrosa pada suhu 25 o C adalah -2802,
-2810 dan -5644 kJ/mol. Hitung panas hidrolisis sukrosa.

3-6. Tentukan entalpi pembentukan diboran B 2 H 6 (g) di T= 298 K dari data berikut:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 = -2035,6 kJ/mol,

2B(tv) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (tv), H 2 0 = -1273,5 kJ/mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 3 0 = -241,8 kJ/mol.

3-7. Hitung kalor pembentukan seng sulfat dari zat sederhana di T= 298 K berdasarkan data berikut.

KEMENTERIAN PENDIDIKAN FEDERASI RUSIA

Universitas Teknik Negeri Voronezh

PROYEK KURSUS

dengan disiplin" Landasan teori teknologi progresif"

Topik: “Efek termal dari reaksi kimia dan penerapan praktisnya.”

Voronezh 2004

Perkenalan………………………………………………………………………………	3
1. Efek termal dari suatu reaksi kimia……………………………...	4
1.1. Persamaan reaksi kimia……………………………...	8
1.2. Hukum dasar termokimia………………………….	10
2. Penerapan efek termal dalam praktek………………………….	12
2.1. Lapisan tahan panas…………………………………….	1
2.2.Metode termokimia pengolahan berlian………………...	14
2.3.Bahan baku teknogenik untuk produksi semen………………	15
2.4. Biosensor………………………………………………….	16
Kesimpulan………………………………………………………………….	17
Bibliografi…………………………………………………………	18

Perkenalan

Efek termal dari reaksi kimia diperlukan untuk banyak perhitungan teknis. Mereka banyak diterapkan di banyak industri, serta dalam pengembangan militer.

Tujuan dari ini pekerjaan kursus adalah ruang belajar aplikasi praktis efek termal. Kami akan melihat beberapa opsi untuk penerapannya, dan mencari tahu betapa pentingnya menggunakan efek termal dari reaksi kimia dalam konteks perkembangan teknologi modern.

1. Efek termal dari reaksi kimia

Setiap zat menyimpan sejumlah energi tertentu. Kita sudah menemukan sifat zat ini saat sarapan, makan siang atau makan malam, karena makanan memungkinkan tubuh kita menggunakan energi dari berbagai senyawa kimia yang terkandung dalam makanan. Di dalam tubuh, energi ini diubah menjadi gerakan, kerja, dan digunakan untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan (dan cukup tinggi!).

Salah satu ilmuwan paling terkenal yang bekerja di bidang termokimia adalah Berthelot. Berthelot - profesor kimia di Sekolah Tinggi Farmasi di Paris (1859). Menteri Pendidikan dan Luar Negeri.

Mulai tahun 1865, Berthelot secara aktif terlibat dalam termokimia dan melakukan penelitian kalorimetri ekstensif, yang khususnya mengarah pada penemuan “bom kalorimetri” (1881); dia memiliki konsep reaksi "eksotermik" dan "endotermik". Berthelot memperoleh data ekstensif tentang efek termal dari sejumlah besar reaksi, panas dekomposisi dan pembentukan banyak zat.

Berthelot mempelajari pengaruh bahan peledak: suhu ledakan, kecepatan pembakaran dan perambatan gelombang ledakan, dll.

Energi senyawa kimia terkonsentrasi terutama pada ikatan kimia. Dibutuhkan energi untuk memutuskan ikatan antara dua atom. Ketika ikatan kimia terbentuk, energi dilepaskan.

Setiap reaksi kimia terdiri dari pemutusan beberapa ikatan kimia dan pembentukan ikatan kimia lainnya.

Ketika, sebagai akibat dari reaksi kimia selama pembentukan ikatan baru, lebih banyak energi yang dilepaskan daripada yang dibutuhkan untuk menghancurkan ikatan “lama” pada zat awal, kelebihan energi tersebut dilepaskan dalam bentuk panas. Contohnya adalah reaksi pembakaran. Misalnya, gas alam(metana CH 4) terbakar di udara melepaskan oksigen jumlah besar panas (Gbr. 1a). Reaksi seperti ini bersifat eksotermis.

Reaksi yang terjadi dengan pelepasan kalor menunjukkan efek termal positif (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.

Dalam kasus lain, penghancuran ikatan pada zat asli memerlukan lebih banyak energi daripada yang dapat dilepaskan selama pembentukan ikatan baru. Reaksi seperti itu hanya terjadi ketika energi disuplai dari luar dan disebut endotermik.

Reaksi yang terjadi dengan penyerapan panas dari lingkungan (Q<0, DH>0), yaitu dengan efek termal negatif, bersifat endotermik.

Contohnya adalah pembentukan karbon monoksida (II) CO dan hidrogen H2 dari batu bara dan air, yang hanya terjadi jika dipanaskan (Gbr. 1b).

Beras. 1a

Beras. 1b

Beras. 1a,b. Penggambaran reaksi kimia menggunakan model molekul: a) reaksi eksoterm, b) reaksi endoterm. Model tersebut dengan jelas menunjukkan bagaimana, dengan jumlah atom yang konstan di antara mereka, ikatan kimia lama hancur dan ikatan kimia baru muncul.

Jadi, setiap reaksi kimia disertai dengan pelepasan atau penyerapan energi. Paling sering, energi dilepaskan atau diserap dalam bentuk panas (lebih jarang dalam bentuk energi cahaya atau mekanik). Panas ini dapat diukur. Hasil pengukuran dinyatakan dalam kilojoule (kJ) untuk satu mol reaktan atau (lebih jarang) untuk satu mol produk reaksi. Besaran ini disebut efek termal dari reaksi.

Efek termal adalah jumlah panas yang dilepaskan atau diserap oleh suatu sistem kimia ketika terjadi reaksi kimia di dalamnya.

Efek termal ditunjukkan dengan simbol Q atau DH (Q = -DH). Nilainya sesuai dengan perbedaan antara energi keadaan awal dan akhir reaksi:

DH = H ujung - H referensi. = E con. - Ref.

Ikon (d), (g) menunjukkan wujud zat gas dan cair. Ada juga sebutan (tv) atau (k) - zat padat, kristal, (aq) - zat yang dilarutkan dalam air, dll.

Penunjukan keadaan agregasi suatu zat adalah penting. Misalnya, dalam reaksi pembakaran hidrogen, air awalnya terbentuk dalam bentuk uap (bentuk gas), setelah kondensasi maka lebih banyak energi dapat dilepaskan. Akibatnya, untuk pembentukan air dalam bentuk cairan, efek termal terukur dari reaksi akan sedikit lebih besar dibandingkan dengan pembentukan uap saja, karena ketika uap mengembun, sebagian panas lainnya akan dilepaskan.

Kasus khusus dari efek termal reaksi juga digunakan - panas pembakaran. Dari namanya sendiri jelas bahwa panas pembakaran berfungsi untuk mencirikan zat yang digunakan sebagai bahan bakar. Kalor pembakaran disebut 1 mol zat yang merupakan bahan bakar (zat pereduksi pada reaksi oksidasi), contoh:

Energi (E) yang tersimpan dalam molekul dapat diplot pada skala energi. Dalam hal ini, efek termal dari reaksi (D E) dapat ditunjukkan secara grafis (Gbr. 2).

Gambar.2. Representasi grafis dari efek termal (Q = DE): A) reaksi eksotermik pembakaran hidrogen; B) reaksi endoterm penguraian air di bawah pengaruh arus listrik. Koordinat reaksi (sumbu horizontal grafik) dapat dianggap, misalnya, sebagai derajat konversi zat (100% - konversi lengkap zat awal).

1.1. Persamaan Reaksi Kimia

· Persamaan reaksi kimia yang menuliskan efek termal reaksi beserta reagen dan produknya disebut persamaan termokimia.

Keunikan persamaan termokimia adalah ketika mengerjakannya, Anda dapat mentransfer rumus zat dan besarnya efek termal dari satu bagian persamaan ke bagian persamaan lainnya. Biasanya, hal ini tidak dapat dilakukan dengan persamaan reaksi kimia biasa.

Penjumlahan dan pengurangan persamaan termokimia suku demi suku juga diperbolehkan. Hal ini mungkin diperlukan untuk menentukan efek termal dari reaksi yang sulit atau tidak mungkin diukur secara eksperimental.

Mari kita beri contoh. Di laboratorium, sangat sulit untuk melakukan reaksi “dalam bentuk murni” untuk menghasilkan metana CH4 melalui kombinasi langsung karbon dengan hidrogen:

C + 2 H 2 = CH 4

Tapi Anda bisa belajar banyak tentang reaksi ini melalui perhitungan. Misalnya, cari tahu apakah reaksi ini exo - atau endotermik, dan bahkan mengukur besarnya efek termal.

Efek termal dari reaksi pembakaran metana, karbon dan hidrogen telah diketahui (reaksi ini mudah terjadi):

a) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) + 890 kJ

b) C(tv) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

c) 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ

Mari kita kurangi dua persamaan terakhir (b) dan (c) dari persamaan (a). Kami akan mengurangi ruas kiri persamaan dari kiri, dan ruas kanan dari kanan. Dalam hal ini, semua molekul O 2, CO 2 dan H 2 O akan tereduksi.

CH 4 (g) - C (tv) - 2 H 2 (g) = (890 - 394 - 572) kJ = -76 kJ

Persamaan ini terlihat agak tidak biasa. Kalikan kedua ruas persamaan dengan (-1) dan pindahkan CH 4 ke ruas kanan yang berlawanan tanda. Kita mendapatkan persamaan yang kita perlukan untuk pembentukan metana dari batubara dan hidrogen:

C(tv) + 2 H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol

Jadi, perhitungan kami menunjukkan bahwa efek termal pembentukan metana dari karbon dan hidrogen adalah 76 kJ (per mol metana), dan proses ini harus eksotermik (energi akan dilepaskan dalam reaksi ini).

Penting untuk memperhatikan fakta bahwa hanya zat yang berada dalam keadaan agregasi yang sama yang dapat ditambahkan, dikurangi, dan dikurangi suku demi suku dalam persamaan termokimia, jika tidak, kita akan membuat kesalahan dalam menentukan efek termal pada nilai kalor. transisi dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya.

1.2. Hukum dasar termokimia

· Cabang ilmu kimia yang mempelajari transformasi energi dalam reaksi kimia disebut termokimia.

Ada dua hukum termokimia yang paling penting. Yang pertama, hukum Lavoisier – Laplace, dirumuskan sebagai berikut:

· Efek termal dari reaksi maju selalu sama dengan efek termal dari reaksi terbalik yang bertanda berlawanan.

Ini berarti bahwa selama pembentukan suatu senyawa, jumlah energi yang dilepaskan (diserap) sama dengan jumlah energi yang diserap (dilepaskan) selama penguraiannya menjadi zat aslinya. Misalnya:

2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) + 572 kJ (pembakaran hidrogen dalam oksigen)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2 H 2 (g) + O 2 (g) (penguraian air oleh arus listrik)

Hukum Lavoisier – Laplace merupakan konsekuensi dari hukum kekekalan energi.

Hukum kedua termokimia dirumuskan pada tahun 1840 oleh akademisi Rusia G. I. Hess:

· Efek termal suatu reaksi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir zat dan tidak bergantung pada tahap antara proses.

Artinya, efek termal total dari serangkaian reaksi yang berurutan akan sama dengan efek termal dari rangkaian reaksi lainnya jika zat awal dan akhir pada awal dan akhir rangkaian tersebut sama. Kedua hukum dasar termokimia ini membuat persamaan termokimia memiliki kemiripan dengan persamaan matematika, ketika dalam persamaan reaksi dimungkinkan untuk mentransfer suku dari satu bagian ke bagian lain, untuk menambah, mengurangi, dan mengurangi rumus senyawa kimia suku demi suku. Dalam hal ini, koefisien dalam persamaan reaksi perlu diperhitungkan dan jangan lupa bahwa zat yang ditambahkan, dikurangi, atau dikurangi mol harus berada dalam keadaan agregasi yang sama.

2. Penerapan efek termal dalam praktik

Efek termal dari reaksi kimia diperlukan untuk banyak perhitungan teknis. Misalnya, roket Energia Rusia yang kuat, yang mampu meluncurkan pesawat ruang angkasa dan muatan lainnya ke orbit. Mesin salah satu tahapannya beroperasi pada gas cair - hidrogen dan oksigen.

Misalkan kita mengetahui usaha (dalam kJ) yang harus dikeluarkan untuk mengirimkan roket dengan muatan dari permukaan bumi ke orbit, kita juga mengetahui usaha untuk mengatasi hambatan udara dan biaya energi lainnya selama penerbangan. Bagaimana cara menghitung pasokan hidrogen dan oksigen yang dibutuhkan, yang (dalam keadaan cair) digunakan dalam roket ini sebagai bahan bakar dan oksidator?

Dalam industri kimia, efek termal diperlukan untuk menghitung jumlah panas untuk memanaskan reaktor di mana reaksi endotermik terjadi. Di bidang energi, produksi energi panas dihitung menggunakan panas pembakaran bahan bakar.

Ahli gizi menggunakan efek termal dari oksidasi makanan dalam tubuh untuk menciptakan pola makan yang tepat tidak hanya untuk pasien, tetapi juga untuk orang sehat - atlet, pekerja di berbagai profesi. Secara tradisional, perhitungan di sini tidak menggunakan joule, tetapi satuan energi lainnya - kalori (1 kal = 4,1868 J). Kandungan energi suatu makanan mengacu pada massa produk makanan apa pun: 1 g, 100 g, atau bahkan kemasan standar produk tersebut. Misalnya pada label toples susu kental manis terdapat tulisan berikut: “kandungan kalori 320 kkal/100 g”.

Efek termal dihitung ketika memproduksi monomethylaniline, yang termasuk dalam kelas amina aromatik tersubstitusi. Area penerapan utama monomethylaniline adalah sebagai bahan tambahan anti ketukan pada bensin. Dimungkinkan untuk menggunakan monomethylaniline dalam produksi pewarna. Monomethylaniline komersial (N-methylaniline) diisolasi dari katalis melalui rektifikasi berkala atau kontinyu. Efek termal reaksi ∆Н= -14±5 kJ/mol.

2.1. Lapisan tahan panas

Perkembangan teknologi suhu tinggi mengharuskan terciptanya bahan yang tahan panas. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan logam tahan api dan tahan panas. Lapisan intermetalik semakin menarik perhatian karena memiliki banyak kualitas yang berharga: ketahanan terhadap oksidasi, peleburan agresif, tahan panas, dll. Yang menarik juga adalah eksotermisitas yang signifikan dari pembentukan senyawa ini dari unsur-unsur penyusunnya. Ada dua cara yang mungkin untuk menggunakan eksotermisitas reaksi pembentukan senyawa intermetalik. Yang pertama adalah produksi serbuk komposit dua lapis. Ketika dipanaskan, komponen bubuk berinteraksi, dan panas reaksi eksotermik mengkompensasi pendinginan partikel, mencapai permukaan yang dilindungi dalam keadaan cair sepenuhnya dan membentuk lapisan berporositas rendah yang melekat kuat pada alasnya. Pilihan lainnya adalah dengan mengaplikasikan campuran bedak secara mekanis. Ketika partikel-partikel tersebut cukup panas, mereka sudah berinteraksi di lapisan pelapis. Jika besarnya efek termal signifikan, maka hal ini dapat menyebabkan peleburan sendiri pada lapisan pelapis, pembentukan lapisan difusi perantara yang meningkatkan kekuatan rekat, dan diperolehnya struktur pelapis yang padat dan berporositas rendah. Saat memilih komposisi yang membentuk lapisan intermetalik dengan efek termal yang besar dan memiliki banyak kualitas yang berharga - ketahanan terhadap korosi, ketahanan panas dan ketahanan aus yang cukup, nikel aluminida, khususnya NiAl dan Ni 3 Al, menarik perhatian. Pembentukan NiAl disertai dengan efek termal maksimum.

2.2.Metode termokimia pengolahan berlian

Metode “termokimia” mendapatkan namanya karena metode ini terjadi pada suhu tinggi, dan didasarkan pada penggunaan sifat kimia berlian. Cara yang dilakukan sebagai berikut: intan dikontakkan dengan logam yang mampu melarutkan karbon, dan agar proses pelarutan atau pengolahannya berlangsung terus menerus dilakukan dalam suasana gas yang berinteraksi dengan karbon yang terlarut dalam logam tersebut. logam, tetapi tidak bereaksi langsung dengan berlian. Selama proses tersebut, besarnya efek termal mencapai nilai yang tinggi.

Untuk menentukan kondisi optimal untuk pemrosesan termokimia berlian dan mengidentifikasi kemampuan metode ini, perlu dipelajari mekanisme proses kimia tertentu, yang, seperti yang ditunjukkan oleh analisis literatur, belum dipelajari sama sekali. Studi yang lebih spesifik tentang pemrosesan termokimia berlian terhambat, pertama-tama, karena kurangnya pengetahuan tentang sifat-sifat berlian itu sendiri. Mereka takut merusaknya karena panas. Penelitian tentang stabilitas termal berlian baru dilakukan dalam beberapa dekade terakhir. Telah ditetapkan bahwa berlian yang tidak mengandung inklusi dapat dipanaskan hingga 1850 “C” dalam atmosfer netral atau dalam ruang hampa tanpa membahayakannya, dan hanya lebih tinggi.

Berlian adalah bahan bilah terbaik karena kekerasannya yang unik, elastisitasnya, dan gesekannya yang rendah terhadap jaringan biologis. Pengoperasian dengan pisau berlian memudahkan pengoperasian dan mengurangi waktu penyembuhan sayatan sebanyak 2-3 kali lipat. Menurut ahli bedah mikro MNTK bidang bedah mikro mata, pisau yang diasah dengan metode termokimia tidak hanya tidak kalah, tetapi juga kualitasnya lebih unggul dari sampel asing terbaik. Ribuan operasi telah dilakukan dengan pisau yang diasah secara termokimia. Pisau berlian dengan konfigurasi dan ukuran berbeda dapat digunakan di bidang kedokteran dan biologi lainnya. Jadi, mikrotom digunakan untuk membuat sediaan dalam mikroskop elektron. Mikroskop elektron resolusi tinggi memberikan tuntutan khusus pada ketebalan dan kualitas bagian spesimen. Mikrotom berlian, diasah dengan metode termokimia, memungkinkan untuk menghasilkan bagian dengan kualitas yang dibutuhkan.

2.3. Bahan baku teknogenik untuk produksi semen

Intensifikasi lebih lanjut dari produksi semen melibatkan pengenalan luas teknologi hemat energi dan sumber daya dengan menggunakan limbah dari berbagai industri.

Saat memproses bijih skarn-magnetit, tailing pemisahan magnetik kering (DMS) dilepaskan, yang merupakan bahan batu pecah dengan ukuran butiran hingga 25 mm. Tailing SMS memiliki komposisi kimia yang cukup stabil,% berat: SiO 2 40...45, Al 2 O 3 10...12, Fe 2 O 3 15...17, CaO 12...13, MgO 5 ...6, S 2...3, R 2 O 2…4. Kemungkinan penggunaan tailing SMS dalam produksi klinker semen Portland telah terbukti. Semen yang dihasilkan mempunyai sifat kekuatan yang tinggi.

Efek termal pembentukan klinker (TEC) didefinisikan sebagai jumlah aljabar panas proses endotermik (dekarbonisasi batu kapur, dehidrasi mineral lempung, pembentukan fase cair) dan reaksi eksotermik (oksidasi pirit yang dimasukkan oleh tailing CMS, pembentukan fase klinker).

Keuntungan utama penggunaan limbah pengayaan bijih skarn-magnetit dalam produksi semen adalah:

Perluasan basis bahan baku karena sumber buatan;

Menghemat bahan baku alami dengan tetap menjaga kualitas semen;

Mengurangi biaya bahan bakar dan energi untuk pembakaran klinker;

Kemungkinan memproduksi klinker aktif dengan basa rendah berenergi rendah;

Memecahkan masalah lingkungan melalui pembuangan limbah secara rasional dan mengurangi emisi gas ke atmosfer selama pembakaran klinker.

2.4. Biosensor

Biosensor adalah sensor berdasarkan enzim yang diimobilisasi. Mereka memungkinkan Anda menganalisis campuran zat multikomponen yang kompleks dengan cepat dan efisien. Saat ini, mereka semakin banyak digunakan di sejumlah cabang ilmu pengetahuan, industri, pertanian dan kesehatan. Dasar penciptaan sistem analisis enzimatik otomatis adalah kemajuan terkini di bidang enzimologi dan teknik enzimologi. Kualitas unik enzim - spesifisitas tindakan dan aktivitas katalitik yang tinggi - berkontribusi pada kesederhanaan dan sensitivitas tinggi dari metode analisis ini, dan sejumlah besar enzim yang dikenal dan dipelajari hingga saat ini memungkinkan untuk terus memperluas daftar zat yang dianalisis.

Sensor mikrokalorimetri enzim - menggunakan efek termal dari reaksi enzimatik. Ini terdiri dari dua kolom (pengukuran dan kontrol), diisi dengan pembawa dengan enzim yang diimobilisasi dan dilengkapi dengan termistor. Ketika sampel yang dianalisis dilewatkan melalui kolom pengukuran, terjadi reaksi kimia, yang disertai dengan efek termal yang terekam. Sensor jenis ini menarik karena keserbagunaannya.

Kesimpulan.

Jadi, setelah menganalisis penerapan praktis efek termal reaksi kimia, kita dapat menyimpulkan: efek termal berkaitan erat dengan kehidupan kita sehari-hari, efek ini terus dipelajari dan menemukan penerapan baru dalam praktik.

Dengan berkembangnya teknologi modern, efek hangat telah diterapkan di berbagai industri. Kimia, militer, konstruksi, makanan, pertambangan dan banyak industri lainnya menggunakan efek termal dalam pengembangannya. Ini digunakan dalam mesin pembakaran internal, unit pendingin dan berbagai perangkat pembakaran, serta dalam produksi instrumen bedah, pelapis tahan panas, bahan bangunan jenis baru dan sebagainya.

Dalam kondisi ilmu pengetahuan modern yang terus berkembang, kita melihat semakin banyak perkembangan dan penemuan baru di bidang produksi. Hal ini memerlukan semakin banyak bidang penerapan efek termal dari reaksi kimia.

Bibliografi

1. Musabekov Yu. S., Marcelin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.

2. Paten 852586 Federasi Rusia. MKI V 28 H 5/00. Metode pemrosesan dimensi berlian / A.P.Grigoriev, S.H.Lifshits, P.P.Shamaev (Federasi Rusia). - 2 detik.

3. Klassen V.K. . Keseimbangan material. Perhitungan teknik termal unit termal. – Belgorod: BTISM, 1978. –114 hal.

4. Peregudov V.V., Rogovoy M.I. Proses dan instalasi termal dalam teknologi produk dan suku cadang konstruksi – M.: Stroyizdat, 1983.-416 hal.

5. Email: [dilindungi email]

6. "Bioteknologi" (http://www.ictc.ru/R_42.htm).

7. SD Varfolomeev, Yu.M. Evdokimov, M.A. Ostrovsky. "BULLETIN AKADEMI ILMU PENGETAHUAN RUSIA".