Verstaan eksotermiese en endotermiese reaksies, interpreteer energiediagramme, definieer entalpieverandering, pas die Wet van Hess toe, en verbind bindingsenergie met reaksiehitte.
In 'n eksotermiese reaksie word energie na die omgewing vrygestel. Die produkte het minder gestoorde chemiese energie (laer entalpie) as die reagense. Die omgewing kry dus energie en word warmer.
In 'n endotermiese reaksie word energie vanaf die omgewing geabsorbeer. Die produkte het meer gestoorde chemiese energie as die reagense. Die omgewing verloor energie en word kouer.
Entalpie (H) is die totale hitte-energie wat in 'n stof by konstante druk gestoor word. Ons kan nie absolute entalpie meet nie, maar ons kan die verandering in entalpie meet:
Entalpie word in kJ·mol−1 gemeet. Die teken van ΔH vertel ons die rigting van energievloei relatief tot die sisteem.
'n Potensiële-energie (PE)-diagram (ook 'n energieprofiel genoem) wys hoe die potensiële energie van die reagerende sisteem verander soos die reaksie verloop. Sleuteleienskappe:
| Eienskap | Eksotermies | Endotermies |
|---|---|---|
| Reagens- teenoor produkenergie | Reagense hoër | Produkte hoër |
| ΔH-waarde | Negatief (< 0) | Positief (> 0) |
| Energiegaping | Reagense − produkte | Produkte − reagense |
| Aktiveringsenergie (Ea) | Energie vanaf reagense tot by die piek | Energie vanaf reagense tot by die piek |
Die geaktiveerde kompleks (oorgangstoestand) is by die piek van die energieprofiel geleë. Dit is 'n onstabiele, hoë-energie-rangskikking van atome wat vlugtig tussen reagense en produkte bestaan.
'n Katalisator bied 'n alternatiewe reaksieroete met 'n laer aktiveringsenergie. Dit beteken meer deeltjies het voldoende energie om te reageer, sodat die reaksie vinniger is.
Die standaardvormingsentalpie is die entalpieverandering wanneer een mol van 'n verbinding uit sy samestellende elemente in hul standaardtoestande gevorm word by 298 K en 101,3 kPa.
Die Wet van Hess stel dat die totale entalpieverandering vir 'n reaksie onafhanklik van die roete is — dit hang slegs af van die aanvanklike reagense en finale produkte. Dit stel ons in staat om ΔH te bereken vir reaksies wat nie direk gemeet kan word nie.
Reëls vir die manipulasie van termochemiese vergelykings:
Energie word benodig om bindings te breek (endotermiese proses) en energie word vrygestel wanneer bindings vorm (eksotermiese proses). Die reaksiehitte kan geskat word deur gemiddelde bindingsenergieë te gebruik:
As meer energie vrygestel word tydens die vorming van bindings as wat nodig is om bindings te breek, is ΔH < 0 (eksotermies). Bindingsenergieberekeninge gee benaderde antwoorde, omdat gemiddelde waardes gebruik word.
'n Kalorimeter meet die hitte wat deur 'n chemiese reaksie vrygestel of geabsorbeer word, deur die temperatuurverandering van 'n bekende massa water (of oplossing) te monitor. Die formule wat gebruik word, is:
| Simbool | Hoeveelheid | Eenhede |
|---|---|---|
| Q | Hitte-energie oorgedra | J of kJ |
| m | Massa van oplossing (gewoonlik geneem as massa van water) | g |
| c | Spesifieke hittekapasiteit van water | 4,18 J·g−1·°C−1 |
| ΔT | Verandering in temperatuur (Tfinaal − Taanvang) | °C of K |
Om ΔH per mol te vind: bereken die mol van die beperkende reagens, dan ΔH = −Q / n (die negatiewe teken omdat, as die oplossing warmer word, die reaksie eksotermies was).
Die Born-Haber-siklus is 'n Wet-van-Hess-siklus wat gebruik word om die roosterenergie van ioniese verbindings te bereken. Dit verbind verskeie entalpieveranderinge:
Volgens die Wet van Hess: ΔH°f = som van alle stappe in die siklus. Roosterenergie is groot en negatief vir ioniese verbindings, wat sterk elektrostatiese aantrekking tussen ione aandui.
Entropie (S) is 'n maatstaf van wanorde of lukrakheid in 'n sisteem. Reaksies neig na hoër entropie (ΔS > 0 beteken entropie neem toe).
Gibbs Vrye Energie (ΔG) kombineer entalpie en entropie om spontaniteit te voorspel:
T is temperatuur in Kelvin. 'n Reaksie kan by hoë temperature spontaan wees as TΔS groot genoeg is om 'n positiewe ΔH te oorkom.
| Tyd na vermenging (min) | Temperatuur (°C) |
|---|---|
| 1 | 14.0 |
| 2 | 14.6 |
| 3 | 15.2 |
| 4 | 15.8 |
| 5 | 16.4 |