Reakciók hőeffektusa, hőszínezete, a reakcióhő Jelentős hőtermelődés! Sújtólég robbannás! A régi kötések felszakadásához szükséges, ill. az új kötések kialakulásával nyerhető energiák általában nem egyformák; a kémiai reakciós rendszer összenergiája eltérő a kiindulási állapotban és termékként: DE energiaváltozás = E2 (végállapot) – E1 (kezdeti állapot) A kémiai rendszerek állandó nyomáson meglévő energiáját, munkavégzőképességét entalpiának nevezik, és H -val jelölik. A reakcióhő állandó nyomáson így Q = DH = H2 – H1 = H(termékállapot) – H(kiindulási állapot). (Hm,i, Hm,j : moláris entalpiák [kJ/mol])

A hő, a hőmennyiség, reakcióhő fogalmai A hőmennyiség (Q) definiciója szerint bizonyos hőmérsékletkülönbség (DT) hatására átment energia mennyisége. A reakcióhő: a reagáló kémiai rendszer és környezete között kicserélt energiamennyiség. Hőszinezet: exoterm (energiatermelő) avagy endoterm (energiaemésztő). Exoterm folyamat esetén: a reagáló rendszer energiájának egy része felmelegheti a rendszert, s ha lehetséges a környezetét is. A környezetbe átmenő energiával (Q) csökken a rendszer összenergiája: Q=DH=H2-H1 < 0. Pl: Endoterm folyamat esetén: a reagáló rendszernek több energiára van szüksége, ami lehűtheti magát a rendszert, s ha lehetséges a környezetét is. A környezetből érkező energiával (Q) nő a rendszer összenergiája: Q=DH=H2-H1 > 0. Pl:

A hőmennyiség, reakcióhő mértékegységei, mérése A hőmennyiség (Q) SI mértékegysége az 1 J (= 1Nm), hagyományos egysége az 1 cal = 4.184 J. 1 cal (kalória) az a hőmennyiség amely 1 g tiszta víz hőmérsékletét éppen 1°C-kal tudja megemelni. Így a víz fajlagos hőkapacitása éppen cp,víz = 1 cal/g/°C-nak adódik. A reakcióhőmérése reakciós/bomba kaloriméter segítégével: Acélfalú bombában történik a reakció, pl. a metán meggyújtása O2 feleslegben. A bomba nagytömegű, de jól kevert vízzel telt tartályba merül. A reakcióhő felmelegíti a környező vizet, míg a reakciós gázok visszahűlnek. A reakcióhő értéke a víz felmelegedésének mértékéből számítható a víztömeg nagyságának és fajlagos hőkapacitásának ismeretében.

A hőmennyiség, ill. reakcióhő mérése kaloriméterrel

Hess-törvénye: A reakcióhő csupán csak a kezdeti és végállapot energiájától függ és független attól, hogy a reakció milyen úton, milyen részlépéseken, milyen részreakciókon keresztül megy valójában.

Hess-törvénye: Következményei A reakcióhő csupán csak a kezdeti és végállapot energiájától függ és független attól, hogy a reakció milyen úton, milyen részlépéseken, milyen részreakciókon keresztül megy valójában. Következményei Összegzett reakciók reakcióhői összeadódnak, reakció egyenletek kivonása esetén kivonódnak A reakcióegyenlet megtöbbszörözése/osztása esetén a reakcióhő is arányosan megtöbbszöröződik/osztódik Megfelelő ismert reakcióhőjű reakcióegyenletek kombinálásával a kombinált egyenleteknek megfelelő reakció esetleg kísérletileg nem, vagy csak nehezen mérhető reakcióhője is számíthatóvá válhat Az abszolút értékben nem mérhető entalpiaszintek egymáshoz képest történő viszonyításával megbízható reakcióhőszámítás valósítható meg.

Standard moláris képződéshőkön alapuló reakcióhő-számítás A standard moláris képződéshőket 1mol tiszta (egynemű) anyag standard körülmények között (azaz p=1atm nyomáson, T=25°C=298,15 K hőmérsékleten) elemeikből (mégpedig a standard körülmények között stabilisabb módosulatú elemekből) történő képződésének reakcióhőjeként értelmezzük: és táblázatokba gyűjtjük. Definició szerint az elemek standard körülmények között stabilisabb módosulatainak standard moláris képződéshője éppen zérus:

Standard moláris képződéshőkön alapuló reakcióhő-számítás: Korábbi méréseken alapuló táblázatos ismert standard moláris képződéshők:

Standard moláris képződéshőkön alapuló reakcióhő-számítás: Megoldás: a standard moláris képződéshők megfelelő kombinációja: